可生物降解温度与pH敏感物理与化学双交联型水凝胶的制备及应用研究

刺激响应性水凝胶能在外界刺激（如温度、pH变化等）条件下发生物理化学性质的变化，例如发生溶胶-凝胶相转变、溶胀-收缩转变等响应，可以作为药物或生物活性物质可控释放的载体，以及响应性的三维细胞培养支架，因而在生物医学领域中具有广泛的应用前景。本项目通过分子设计，以具有良好生物相容性的高分子为基础，通过引入温度、pH敏感性的功能化氨基酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺单元，设计与合成了一系列温度、pH敏感或具有双重响应性的聚（L-谷氨酸）共聚物水凝胶、多糖-合成高分子复合水凝胶和聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸衍生物）水凝胶。通过结合化学交联与物理相互作用，实现了水凝胶在外界刺激条件下的可逆结构转变。通过改变凝胶的组成与交联方式，获得了具有不同溶胀行为、力学强度和降解性能的水凝胶。研究了水凝胶中pH敏感单体与温度敏感单体的协同响应行为，阐明了水凝胶溶胶-凝胶相转变、体积相转变等响应机制。所获得的水凝胶具有良好的体外细胞相容性，其中，聚（L-谷氨酸）共聚物水凝胶表现出良好的动物体内相容性。将包载抗癌药物紫杉醇的聚（L-谷氨酸）共聚物水凝胶注射到裸鼠肿瘤组织附近，实现了对肿瘤组织长达3周的有效抑制。另外，将多肽药物胰岛素担载到pH敏感或温度与pH双敏感的水凝胶中，实现了胰岛素在中性人工肠液中的选择性释放，并通过对糖尿病大鼠和健康兔的灌胃实验表明，水凝胶载体显著提高了胰岛素的口服生物利用度。上述研究结果表明，本项目开发的温度与pH敏感水凝胶在抗癌药物和多肽药物的可控释放，以及组织工程方面具有良好的应用前景。本项目研究成果共发表SCI论文15篇（其中IF > 3.0的论文9篇），申请中国发明专利5项（其中2项已授权）。培养博士研究生2名，作为团队成员获得2011年吉林省科技进步一等奖。