壳聚糖衍生物和金属配合物及药物制剂缓释性能的研究

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1、中南大学博士学位论文壳聚糖衍生物与金属配合物及药物制剂的缓释性能研究姓名：丁萍申请学位级别：博士专业：生物化工指导教师：黄可龙20070501摘要壳聚糖是从虾、蟹等甲壳纲动物中提取的一种天然碱性高分子多糖，具有良好的生物活性和医学性能，对过渡金属及稀土金属离子具有良好的配位作用。以壳聚糖及改性壳聚糖为基质，络合金属离子所得到的壳聚糖基金属配合物材料具有许多优良的性能，做为配合物材料在药物载体、酶固定化剂、分离膜、人工尿素吸附剂、纳米微晶的生长诱导剂、化学催化剂、植物生长调节剂、金属分离及含量检测等领域有

2、着十分广泛的应用前景。本论文设计合成了以改性壳聚糖与锌、钙交联的一系列结构新颖的配位聚合物，对其进行了详细的表征，深入分析了配位聚合物的配位机理，并且对配位聚合物的药物负载量、药物体外释放规律及其体内外相关性进行了研究，主要研究内容及成果如下：针对壳聚糖在溶解性差和生物活性低等方面的缺陷．运用正交试验设计方法，以壳聚糖(CTS)为原材料，经a．酮戊二酸一次改性合成Q一酮戊二酸缩壳聚糖(KCTS)，经盐酸羟胺二次改性合成羟胺a．酮戊二酸缩壳聚糖(ⅨCTS)，首次在壳聚糖一次改性的衍生物中引入羟胺基团，改善

3、了壳聚糖的理化性能，丰富和扩展了壳聚糖的应用领域。利用离子交联法制备了一系列结构新颖的改性壳聚糖金属配合物KCTS．Zn、HKCTS．Zn、KCTS．Ca和HKCTS．Ca。对反应条件进行了优化。并通过红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了壳聚糖衍生物与金属离子的配位机理，发现配合物中Zn2+与a．酮戊二酸缩壳聚糖中羧基氧原子和氨基氮原子配位，与羟胺a．酮戊二酸缩壳聚糖配位的配位原子为-NH-中的氮原子、羟肟酸中的氧原子及羰基中的氧原子。发现配合物中C“II)与a．酮戊二酸缩壳聚糖(KCTS

4、)中氨基氮原子配位，与羟胺a．酮戊二酸缩壳聚糖(腿CTS)配位的配位原子为州．中的氮原子、羟肟酸中的氧原子及羰基中的氧原子。这一研究为壳聚糖衍生物与金属离子配位机理的研究提供了重要的依据和参考。利用吸附体系研究了Zn(II)与壳聚糖衍生物的吸附行为。评价了Zn(II)在壳聚糖衍生物上的吸附能力，探讨了壳聚糖衍生物对Zn(II)博士学位论文摘要的吸附动力学行为。壳聚糖衍生物对离子的吸附在所研究的Zn(II)离子浓度范围内更符合Langmuir等温吸附经验式。壳聚糖衍生物对水溶液中的Zn(II)吸附反应符合

5、二级反应动力学特征：吸附表观活化能分别为Ea=19．61kJ·mol。1和Ea=7．98kJ·mol～，二级速率常数k分别为O．42g．mg"1．min。1和0．39g．mg"1．min～。这些数据表明锌离子在壳聚糖衍生物上的吸附行为不受物理作用的影响，而主要受化学作用的影响。同理，壳聚糖衍生物对离子的吸附在所研究的C“II)离子浓度范围内更符合Langmuir等温吸附经验式。壳聚糖衍生物对水溶液中的Ca(II)吸附反应符合二级反应动力学特征；吸附表观活化能分别为Ea=26．22kJ·mol_和Ea=6

6、．16kJ·mol～，二级速率常数k分别为1．10xlO’39．mg"1．min"1和1．34x10刁g．m百1．min"1。动力学实验数据与二级动力学模型相吻合，表明化学吸附过程为速率控制步骤。研究开发了一系列新型载药壳聚糖衍生物基金属配合物聚合体微球。通过定量分析，茶碱药物的负载量和释放度分别是：KCTS．Zn．T为155．52mg·g一，在8h内最大释放度大约为46．01％；HKCTS．Zn．T为205．02mg·百1，在8h内最大释放度大约为58．99％；KCTS．Ca-T为152．43mg·百

7、1，在8h内最大释放度大约为45．66％；HKCTS．Ca．T为201．01mg·g～，在8h内最大释放度大约为56．61％。相比较而言，HKCTS．Zn．T和HKCTS．Ca-T的最大释放度比KCTS．Zn．T和KCTS．Ca．T高，表明了HKCTS．Zn．T和胍CTS．Ca-T的释药性相对KCTS．Zn．T和KCTS．Ca．T要更好一些，而且锌交联微囊中茶碱的负载量要高于钙，通过对口服茶碱药物缓释剂的定量表征以及缓释分析，茶碱药物的KCTS．Zn．T、HKCTS．Zn．T和KCTS．Zn．T、HKC

8、TS．Zn．T聚合体微球均可以实现口服茶碱药物的缓释。该研究为利用壳聚糖衍生物基金属配合物负载难溶性小分子药物，以及阐述其在生物医药载体上功能化作用提供了有益的启示。对茶碱缓释剂体外释放规律进行了研究，采用希古契(Higuchi)模型、一级释放、零级释放、Retiger-Pepper方程对累积释放度数据进行拟合，其中6h前以Higuchi方程为最佳拟合模型，6h后以Retiger-Pepper方程为最佳拟合模型。说明释药过程分两段进行，6h