類脂立方液晶及咪唑類離子液液晶的研究.pdf

1、在溶劑中，兩親分子可以形成多種的締合結(jié)構(gòu)，如膠束、囊泡、溶致液晶等。溶致液晶因為相態(tài)豐富多樣、結(jié)構(gòu)可調(diào)控等特殊的性能而受到眾多研究人員的關(guān)注，其物理化學(xué)性質(zhì)以及在材料合成、萃取、催化、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用被廣泛的研究。本論文從擴展溶致液晶在藥物載體及材料制備方面的應(yīng)用兩個角度出發(fā)，對溶致液晶的物理化學(xué)性質(zhì)進行了系列研究。首先，.利用甘油單酸酯構(gòu)建了類脂立方液晶，研究了多種添加劑對其物理化學(xué)性質(zhì)的影響、藥物分子在立方液晶中的增溶位置，同時考察

2、了其作為藥物載體在藥物包載及藥物控制釋放方面的應(yīng)用。其次，利用長鏈咪唑類離子液體與水和對二甲苯共同構(gòu)筑了溶致液晶，研究了溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流變學(xué)性質(zhì)與各組分含量、烷基鏈長之間的關(guān)系，還比較了長鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶與傳統(tǒng)陽離子表面活性劑溶致液晶在結(jié)構(gòu)及流變學(xué)性質(zhì)上的差異。這為今后以瞇唑類離子液體溶致液晶作為模板進行納米材料的制備打下了理論基礎(chǔ)。 甘油單油酸酯(MO)與水形成的類脂立方液晶具有生物可降解、生物親和度高、粘

3、度大、有助于藥物的透皮吸收等優(yōu)點，因此其在藥物載體領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到人們的關(guān)注。在本論文的第二章中，我們利用小角X射線散射(SAXS)、流變和傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)等技術(shù)，考察了嵌段共聚物(F-127)、藥物分子(鹽酸普魯卡因，PC)對MO/水類脂立方液晶結(jié)構(gòu)及流變學(xué)性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-127的加入可以引起MO/水立方液晶的結(jié)構(gòu)由CD型向CP型轉(zhuǎn)變，而鹽酸普魯卡因的加入則可以引起立方液晶由CG型向CD型轉(zhuǎn)變。相應(yīng)的，體系的流

4、變學(xué)性質(zhì)也隨著立方液晶結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生了變化。另一方面，體系流變學(xué)性質(zhì)非線性變化也證實了，隨著F-127和PC的加入，立方液晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化不是連續(xù)的，體系確實存在著相態(tài)類型的變化。利用FT-IR技術(shù)研究了鹽酸普魯卡因?qū)α⒎揭壕е蠱O分子構(gòu)象的影響，結(jié)果表明，體系中加入鹽酸普魯卡因后，MO分子烷基鏈構(gòu)象的變化較大，隨著PC的加入，紅外光譜的特征峰寬度變窄，說明烷基鏈活躍度降低，分子排列的有序性增強。同時，PC的加入更有利于立方液晶相中k

5、ink構(gòu)象的形成。PC對MO分子極性頭的影響主要表現(xiàn)在，MO分子中羰基的氫鍵形式加強，這是由于PC中的N+離子上的H原子與羰基上的氧原子間形成了氫鍵作用。進一步證實，鹽酸普魯卡因可以增溶在MO分子形成的雙層膜中，與MO共同構(gòu)筑立方液晶中骨架結(jié)構(gòu)。而隨著PC含量的升高，MO分子中構(gòu)象的不連續(xù)性變化也恰好對應(yīng)于SAXS結(jié)果中表明的，MO/水立方液晶由CG型向CD型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。類脂立方液晶在水中的分散體系(cubosome)也是一種潛在的藥物

6、載體。在本論文的第三章中，我們用一種操作簡單的前體法制備了cubosome，通過SAXS、冷凍蝕刻電鏡(FF-TEM)和激光光散射(DLS)等技術(shù)考察了該分散體系顆粒的結(jié)構(gòu)類型、形貌以及粒徑分布。研究發(fā)現(xiàn)，一定量的嵌段共聚物F-127和P6100對cubosome的形貌不會產(chǎn)生明顯的影響，分散體系仍然為不規(guī)則的立方狀顆粒，但顆粒的粒徑尺寸變化明顯，這與嵌段共聚物可以引起體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)由CD向CP變化有關(guān)，而且相同量的嵌段共聚物由于分子量的

7、差異對顆粒尺寸的影響也有所不同；鏈長不同的三種甘油單酸酯均可以得到相應(yīng)的cubosome，但其分散顆粒的粒徑尺寸存在差異；由于藥物分子咖啡因可以破壞MO分子極性頭與水分子之間的氫鍵作用，因此其加入可以引起體系發(fā)生由cubosome向囊泡的相轉(zhuǎn)變。 兩親分子在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它不但可以起到增溶藥物、保護藥物、穩(wěn)定藥劑等的作用，而且其在溶劑中形成的多種有序結(jié)構(gòu)本身即可用作藥物載體。在本論文的第四章中，我們在類脂立方液晶作為藥

8、物載體方面進行了研究嘗試。首先，研究了兩種藥物分子-鹽酸普魯卡因(PC)和鹽酸環(huán)丙沙星(CF)，對兩種雙尾巴表面活性劑--二-(2-乙基已基)磺基琥珀酸鈉(AOT)和雙十二烷基二甲基溴化銨(DDAB)在水中膠束化過程熱力學(xué)參數(shù)的影響，從分子層面揭示了藥物分子與表面活性劑分子之間的相互作用。研究方法包括表面張力法、紫外一可見分光光度法及穩(wěn)態(tài)熒光技術(shù)等。研究發(fā)現(xiàn)，藥物分子對雙尾巴表面活性劑在水溶液中的臨界膠束濃度(cmc)、表面張力平衡值(

9、γcmc)以及表面活性劑分子膠束化過程的熱力學(xué)參數(shù)均產(chǎn)生了一定程度的影響，但機理有所不同。PC與AOT之間的靜電引力，可以導(dǎo)致水溶液中AOT的cmc及γcmc值降低。當(dāng)PC的濃度增加到一定程度時，PC可以與AOT形成混合膠束，進一步影響其膠束化行為。PC與DDAB之間的靜電斥力，導(dǎo)致DDAB膠束排列松散，水溶液的γcmc升高℃F和AOT間的靜電引力同樣可以引起水溶液中AOT的cmc值及γcmc。降低。另一方面，CF導(dǎo)致DDAB在水溶液中

10、CmC及γcmc升高，則是因為CF可以破壞DDAB疏水部分周圍水分子形成的“冰山”結(jié)構(gòu)。同時，通過對比藥物分子在水溶液及膠束溶液中光學(xué)性質(zhì)的差異，也可以證實PC與AOT混合膠束的生成，并推測出CF增溶在AOT膠束的柵欄層中，而在DDAB體系中，CF位于DDAB膠束/水的界面附近。其次，在本章中，利用釋放度測定法研究了PC在MO/水立方液晶中的釋放行為。發(fā)現(xiàn)在研究的時間和濃度范圍內(nèi)，不同濃度的鹽酸普魯卡因均可以在MO/水立方液晶中達(dá)到緩釋

11、，t1/2超過20小時，且釋放效率超過80％，基本達(dá)到完全釋放。PC在不同體系中的釋放過程可分為兩個階段，第一階段為暴釋階段，對應(yīng)于自由藥物分子的釋放；第二階段為載體中包結(jié)的藥物分子的釋放。兩個階段的釋放曲線均符合Higuchi平方根定律。而第二階段中，PC在CD結(jié)構(gòu)立方液晶中的擴散系數(shù)高于在Cc結(jié)構(gòu)立方液晶中的擴散系數(shù)，說明藥物釋放行為的差異與載體體系的結(jié)構(gòu)存在著一定的關(guān)系。最后，我們還考察了F-127的含量對氯霉素在MO/水體系形成

12、的cubosome中釋放行為的影響。發(fā)現(xiàn)氯霉素的釋放效率與體系的結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于氯霉素這類親油的模型藥物來說，cubosome是一種暴釋載體。近些年來，離子液體由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，在綠色化學(xué)、合成、催化及材料制備方面逐漸受到人們的關(guān)注。在膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域，離子液體除了作為傳統(tǒng)溶劑的替代品之外，還可以通過對其分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，使之具有一定的表面活性，進而擴展了離子液體的應(yīng)用范圍。在本論文的第五章中，我們合成了一系列不同鏈長的1-烷基-

13、3-甲基溴代咪唑類離子液體(CNmim-Br，N=12、14、16)，并利用這幾種離子液體與對二甲苯和水共同構(gòu)筑了溶致液晶體系，同時應(yīng)用SAXS、偏光顯微鏡(POM)、核磁共振(2H-NMR)等技術(shù)對離子液體溶致液晶的結(jié)構(gòu)進行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)受到體系中離子液體的種類及各組分含量等因素的影響。在六角相中，隨著離子液體含量的升高，一方面，離子液體分子在形成結(jié)構(gòu)單元的棒狀膠束中的聚集更加緊密；另一方面，結(jié)構(gòu)單元在體系中的聚

14、集也更加緊密。在層狀相中，隨著水含量的升高，溶致液晶的水通道厚度增大，相應(yīng)的離子液體分子雙層膜受到擠壓，其厚度降低。同時，體系的流變學(xué)性質(zhì)與溶致液晶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在六角相中隨著離子液體分子的聚集更加緊密，體系的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和動態(tài)模量值均增大，松弛時間縮短。在層狀相中，則由于水含量的升高，體系的模量值降低。長鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)與流變學(xué)性質(zhì)隨組分含量變化的規(guī)律與在傳統(tǒng)陽離子表面活性劑CTAB形成的溶致液晶體系中的變化規(guī)律一致

15、。但由于分子結(jié)構(gòu)的不同，長鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶的結(jié)構(gòu)與相同碳鏈長度的三甲基季銨鹽體系有所差異。在C12mim-Br/對二甲苯/水三元體系中，除六角相和層狀相外，還利用SAXS和NMR等技術(shù)手段證實了雙連續(xù)型立方相溶致液晶的存在。根據(jù)IPMS理論計算了立方液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著離子液體含量的升高，離子液體分子雙層膜逐漸膨脹，進而擠壓水通道，使水通道半徑的值降低。長鏈咪唑類離子液體疏水烷基的長度對其形成的溶致液晶的物理化學(xué)性質(zhì)也