乔向利,侯征迟,盛康龙,姚思德(中国科学院上海原子核研究所,上海201800)
1　引　言
   纳米凝胶在生物医药领域中具有良好应用前景,尤其是可用于药物载体和基因转导载体人工合成纳米凝胶,已成为近10年来国际性的研究热点[1,2]。研究表明,药物载体和基因转导载体的载体效率与纳米凝胶的粒径大小十分有关[3]。纳米凝胶的尺寸会强烈影响其在血液循环系统中的存留时间以及它们在人体内的生物分布性。目前,在纳米生物医药研究中,纳米凝胶粒径的精确控制是一个关键问题。为得到粒径分布均匀的纳米凝胶,人们采用了很多新的合成方法,如嵌段共聚物的选择溶剂法[4]、溶剂挥发、萃取法[5]、微乳液聚合法、辐射沉淀聚合法[6]、高分子稀溶液辐照法等。这些方法得到的纳米凝胶粒径往往较大,一般在100ｎｍ以上,也有50ｎｍ左右的,但其纳米凝胶的粒径分布较宽。辐射沉淀聚合法虽能得到粒径分布较窄的纳米凝胶,但却是在微米尺度上的单分散分布。纳米凝胶的形状与结构对其生物医药应用性能,也有很大影响。作为药物载体和基因转导载体的纳米凝胶,其载体性能的主要指标是药物或基因的承载量、药物与纳米凝胶结合的稳定性、结合体的生物靶向性、结合体在靶向位置的生物降解性和药物的释放周期。这些性能与纳米凝胶材料的化学结构和形状密切相关。
2　纳米凝胶的合成
    试验采用的Ｎ-异丙基丙烯酰胺购自日本东京化成,直接使用未经纯化。所用水为三蒸水,其余试剂为分析纯。将一定量的单体在石英烧瓶内溶于三蒸水中,加入光敏剂丙酮。在Ｎ2保护下,用500ＷＸｅ灯引发反应。反应持续5ｈ。反应液用超滤膜除去未反应单体。通过对光化学实验条件的调整和控制,初步得到了粒径可精确控制的纳米凝胶(粒径大小在10～200ｎｍ内可变),其粒径分布偏差可控制在5～10ｎｍ。通过控制反应条件,合成出了树枝状、球状、核壳结构的纳米凝胶。将合适浓度的凝胶用ＰｈｏｔｏｎＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＳｐｅｃ ｔｒｏｓｃｏｐｙ(ＰＣＳ)ＺｅｔａＳｉｚｅｒ3000ＨＳ(ＭａｌｖｅｒｎＩｎｓｔｒｕ ｍｅｎｔＬｔｄ.)测试粒径。用(ＳＥＭ)ＬＥＯ1350ＶＰ(Ｇｅｒｍａｎｙ)测试纳米凝胶形貌。
3　结果和讨论
    通过改变反应条件,得到了粒径分布在10～200ｎｍ、形貌多样的纳米凝胶。如树叶形、球形、树枝状等。下面将对反应过程进行简单讨论。
3.1　单体浓度对纳米凝胶粒径的影响
    在反应过程中,考察了不同浓度的单体对合成的纳米凝胶的影响,见图1～3。从图可知,随着单体浓度的增大,纳米凝胶粒径有变小、粒径分布有变窄的趋势。比如在浓度为5.53×10-2ｍｏｌ/Ｌ时,凝胶的粒径分布为5～10ｎｍ。但当浓度增加到9.36×10-1ｍｏｌ/Ｌ时,纳米凝胶的粒径分布就大大变窄了。其粒径为10～20ｎｍ,而进一步增大单体浓度,则可使纳米凝胶的粒径减小到10ｎｍ以下。
3.2　单体浓度对纳米凝胶形貌的影响

    同样,在本实验中,单体浓度的变化也会对纳米凝胶的形貌产生很大影响。如在单体浓度为5.53×10-2ｍｏｌ/Ｌ时,凝胶的形貌为枝杈形,如图4所示。当浓度增加到9.36×10-1ｍｏｌ/Ｌ,则纳米凝胶为坚硬的球形(见图5)。这可能是由于单体在光激发的情况下,会发生以下的变化,一是单体会吸收一定波长的光,形成激发态(图1～3)。二是单体的双键被打开,形成自由基(图4～5)。具体的反应机理如下

   在低浓度情况下,由于单体在光作用下生成的自由基寿命较短,因此在单体之间能够碰撞前大多数已经淬灭,所以主要是单体激发态之间的结合。随着反应时间的增长,则树枝状的内部疏松的纳米凝胶容易形成。而在单体浓度高时,则射线引发的自由基之间的结合为主要的反应方式。同时还有激发态之间的结合。则最终成为致密的凝胶粒子。
4　结　论
   光化学法合成聚异丙基丙烯酰胺纳米凝胶,不仅可通过改变反应体系和实验条件精确控制凝胶粒径,得到窄粒径分布的、不同粒径范围的的纳米凝胶,而且还能在纳米尺度上控制其形状。同时光化学法不使用其他助剂,经超滤去除未反应单体后可获得无任何生物毒性的纯净载体,为理想的药物载体和基因转导载体的制备提供更多选择。
参考文献:
[1]　ＵＬＡＮＳＫＩＰ,ＪＡＮＩＫＩ,ＲＯＳＩＡＫＪＭ.Ｒａｄｉａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｃｎａｎｏｇｅｌｓ[Ｊ].ＲａｄｉａｔＰｈｙｓＣｈｅｍ,1998,52:289 294.
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[3]ＶＩＮＯＧＲＡＤＯＶＳ,ＢＡＴＲＡＫＯＶＡＥ,ＫＡＢＡＮＯＶＡ.Ｐｏｌｙ(ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ) ｐｏｌｙｅｔｈｙｅｎｅｉｍｉｎｅｎａｎｏｇｅｌＴＭｐａｒｔｉｃｌｅｓ:ｎｏｖｅｌｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒａｎｔｉｓｅｎｓｅｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ[Ｊ].ＣｏｌｌｏｉｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅｓＢ:Ｂｉｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ,1999,16:291 304.
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[5]　ＲＩＬＥＹＴ,ＧＯＶＥＮＤＥＲＴ,ＳＴＯＬＮＩＫＳ,ｅｔａｌ.Ｃｏｌｌｏｉｄａｌｓｔａ ｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｒｕｇｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｍｉｃｅｌｌａｒ ｌｉｋｅＰＬＡ ＰＥＧｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ[Ｊ].ＣｏｌｌｏｉｄｓａｎｄｓｕｒｆａｃｅｓＢ:Ｂｉｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ.1999,16:147 159.
[6]　ＵＬＡＮＳＫＩＰ,ＫＡＤＬＵＢＯＷＳＫＩＳ,ＲＯＳＩＡＫＪＭ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｐｏｌｙ(ａｃｒｙｌｉｃａｃｉｄ)ｎａｎｏｇｅｌｓｂｙｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅｐｕｌｓｅｒａｄｉｏｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＲａｄｉａｔｉｏｎＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ,2002,63:533 537.
作者简介:乔向利　(1974 ),男,2002年毕业于复旦大学高分子系,现于中科院上海原子核所,主要从事聚合物纳米粒子合成以及无机纳米粒子表面修饰。