纳米医药第7章-分子凝胶载药系统

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1、第7章分子凝胶载药系统7.1概述近年来，人们发现某些小分子有机化合物能在很低的浓度下(甚至低于1wt%)使大多数有机溶剂凝胶化，使整个体系形成类似粘弹性液体或固体的物质，通常称为有机凝胶（或分子凝胶）。这类小分子有机化合物被称为凝胶因子（gelators）。最近的研究发现，某些凝胶因子不仅能使有机溶剂凝胶化，还能使水凝胶化。由于水不是有机溶剂，故称分子凝胶更恰当。分子凝胶表现出的物理化学性质，不但具有类似溶液中表面活性剂的性质，如能够形成胶束、结晶、分子聚集、自组装、分子识别等，而且类似聚合物溶液的性质，如溶胀和微观质量运动等

2、，故引起人们的极大关注。大多数分子凝胶是二元体系。其制备方法是将凝胶因子在有机溶剂中加热溶解，再冷却至室温。在冷却过程中，凝胶因子在溶剂中通过氢键力、静电力、疏水力以及π-π相互作用等凝胶化的驱动力，自发地聚集、组装成有序高级结构，形成三维网络体系，并使液体成分静止，形成凝胶。凝胶因子所形成的有序高级结构是一类超分子结构，可作为分子平台，包囊、螯合客体分子。研究这种超分子作用对于研究催化与底物，蛋白、遗传物质的转录、抗体与抗原的作用等具有较大意义。分子凝胶的主要应用领域之一是作为药物载体，药物分子在凝胶体系中的粒径一般在纳米量

3、级，即1nm~100nm,这意味着分子凝胶载药系统属纳米粒载药体系。它不仅可包囊脂溶性药物，还可包囊水溶性药物以及以微乳形式存在的药物。目前，凝胶因子的研究主要限于对小分子有机化合物的研究。但这类亚稳态的分子凝胶的稳定性和机械性能较差。通过在凝胶中引入可聚合的不饱和基团，使凝胶因子聚集体原位（insitu）聚合，可以改善这类分子凝胶的稳定性，得到比较坚硬的、力学性能好、能长期稳定存在的分子凝胶。可聚合凝胶因子可根据需要进行化学修饰，如合成结构上带有可反应基团和带电荷基团的分子，使之更具分子识别功能，这是形成超分子结构的基础。有

4、机聚合凝胶不同于传统的聚合物凝胶,可用冻干法有控制地除去小分子溶剂，得到大开放网络结构。有机聚合凝胶在催化、化学传感、与生物活性分子的结合以及用于分离对映异构化合物的特效色谱介质方面具有较大的潜在应用价值。表征有机凝胶的一种有效的研究方法是利用其流变学性质和热力学性质。研究凝胶因子体系，首先必须鉴定凝胶状态。流变学提供了一种测量类凝胶物质流动性的方法，并可方便的对“强”凝胶和“弱”凝胶进行区别。研究凝胶流变学的方法主要包括稳定切变、振动应力松弛和蠕变试验等。有机凝胶的热力学性质是十分重要的，这些热力学性质包括凝胶相图、溶胶—凝

5、胶相转变温度（TSG）与焓或凝胶—溶胶相转变温度（TGS）与焓等。所用方法包括量热法（DSC），温度扫描流变试验和各种光谱技术（荧光、IR、EPR、NMR等）。对有机凝胶聚集体的精确结构的研究，可采用常用光谱（NMR,EPR,IR,UV,CD等）和广角X-229射线衍射（WAXS）提供局部的结构信息。高分辨率显微镜可给出直观的结构信息，但必须与散射技术等辅助手段相结合，才能得到比较完整的有关结构的信息。高分辨率显微镜主要有TEM，SEM，AFM等，散射技术主要有小角中子散射（SANS）和小角X射线散射（SAXS）等。在特殊条件

6、下，如对链状聚集体的长度、柔软程度以及扩散系数的确定，可以通过使用弹性和准弹性光散射技术[3]。关于有机凝胶聚集体动力学研究，例如，热可逆网络的分子动力学的研究可以使用光子相关光谱，也可借助带有宽频率（10-1Hz~109Hz）的介电光谱。7.2凝胶因子的种类7.2.1脂肪酸衍生物在过去的研究中发现，取代脂肪酸及其单价、二价或三价金属盐（例如结构式1和2），如12-羟基十八酸及其相关的盐能够使有机溶剂变得粘稠，如石油锂皂的半固态分散液广泛地应用于润滑油工业，从某种意义上讲，凝胶因子的研究正是从这个领域中分离出来的。对纯物质（大

7、约99%）的第一次系统研究是在1980年，一些辅助技术的使用，例如圆二色谱，X射线衍射，SEM，DSC，FT-IR和偏光显微镜等对不同结构的胶体进行了表征。后来，利用强辐射散射技术（中子和X射线）对凝胶的精确结构进行了研究，其范围可从显微水平到半显微水平。可被这类分子凝胶化的有机溶剂从烷烃、四氯化碳、芳香烃直到极性较大的如硝基苯。SEM发现凝胶中有纤维状聚集体，例如由双十六烷基磷酸铝（结构式1）组成的聚集体。用粘度计研究苯或庚烷中的油酸羟基钴衍生物（结构式2）稀释液的流变曲线表明体系是非牛顿力学行为。这些溶液，没有屈服值，加入

8、吡啶或乙酰丙酮后其粘度会显示出剧烈的降低。这个现象支持以下假设：钴原子参与了配位成键过程，并导致了超分子聚集体的形成。结构式1结构式2结构式3结构式4229结构式5结构式67.2.2蒽基衍生物形成3D网络结构的驱动力通常是氢键。但也有一些凝胶因子并不是靠氢键作用来形成凝胶的。