通过荧光增强检测聚合物囊泡的膜透性
人造细胞是模拟一种或多种天然细胞特性的合成隔室，为研究细胞的基本功能提供了有用的平台。这样的结构应该理想地由模拟细胞膜的坚固外壳组成，具有水性内腔和外壳。如今，人造细胞结构的生产已经证明是困难的，特别是在触发释放方面应用的人造细胞。因为人造细胞膜相对较厚的“膜”它们会降低的膜渗透性。所以在散装反应器和微流体装置中产生的脂质体或磷脂双层囊作为模拟细胞的前景非常有希望。本文通过荧光增强的方法来量化聚合物囊泡的渗透性。用聚乙二醇-b-聚（ε-己内酯）（PEG-PCL）制备聚合物囊泡，将PH敏感的荧光探针（BODIPY）封装在聚合物囊泡膜中。当氢离子会扩散到聚合物囊泡膜时会增强BODIPY的荧光强度。荧光增强的强度可用于量化聚合物囊泡膜对氢离子的渗透性。另外，使用聚己内酯（PCL）来控制膜的渗透能力。关于聚合物囊泡渗透性的这种定量信息对于它们的许多潜在应用具有根本重要性，例如纳米反应器和药物输送。关键词 聚合物囊泡，荧光增强，BODIPY，膜渗透性
目 录
1 引言 1
1.1 聚合物囊泡简介 1
1.1.1 聚合物囊泡渗透性 2
1.1.2 聚合物囊泡的优点 2
1.1.3 聚合物囊泡结构组成和性质 2
1.1.4 聚合物囊泡 2
1.2 荧光探针概述 3
1.2.1 荧光探针的分类 4
1.2.2 荧光探针的设计机制 5
1.2.3 荧光探针的优点 6
1.2.4 影响荧光强弱的因素 7
1.2.5 荧光探针的应用 6
1.3 选题意义 7
2 实验 7
2.1 实验试剂 8
2.2 实验仪器 9
2.3 实验方案 9
2.4 实验步骤 9
2.4.1 PEGPCL聚合物的合成及表征 10
2.4.2 BODIPY的合成及表征 10
2.4.3 聚合物囊泡的合成及表征 11
2.4.4 聚合物囊泡膜渗透性的检测及定性 11
2.5 结果讨论 12
2.6 展望 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
1.1聚合物囊泡简介
聚合物囊泡是指在分散介质作用下由聚合物自发形成的材料，具有封闭双层结构的球形或椭球形空心结构，由于其独特的结构特点及其药物运输和微反应器等领域的使用引起了大家的关注[1]。此外，通过物理或化学手段调节囊泡膜的通透性，使其能与生物体外的物质交换，类似于生物细胞膜的特性也使其在仿生领域具有重要意义。1965年英国班汉姆等人使用超声波分散水中的磷脂分子，形成多层囊泡。这意味着人工制备囊泡的开始；自1996年Eiscnberg使用两亲性嵌段共聚物由于苯乙烯聚丙烯酸（PSPAA）在选择性溶剂中的自组装囊泡、囊泡的制备、结构和调节以及聚合物囊泡的形成机制等，两亲性嵌段共聚物的应用取得了巨大的成功[2]。我们通常知道的囊泡是由一对两亲分子自组装的，它们是由封闭的双层形成的球形单室或多室缔合结构,类似于细胞膜结构。根据囊泡的结构，可分为单腔囊泡和多腔囊泡[3]。如图1
图1不同结构囊泡示意图
1.1.1聚合物囊泡渗透性
虽然聚合物囊泡在结构稳定性和功能化方面与脂质体囊泡相比具有许多优点，但它们在各个领域的潜在应用潜力很大。然而，与脂质体囊泡相比，聚合物囊泡由于高分子量疏水链的链缠结而具有严重的膜渗透性问题，并且有时有机小分子，离子和水有时不能顺利通过[4]。
虽然聚合物囊泡在结构稳定性和功能化方面与脂质体囊泡相比具有许多优点，但它们在各个领域的潜在应用潜力很大。然而，与脂质体囊泡相比，聚合物囊泡由于高分子量疏水链的链缠结而具有严重的膜渗透性问题，并且有时有机小分子，离子和水有时不能顺利通过[4]。
众所周知，由于疏水性双层膜中的聚合物链相对于小分子磷脂囊泡之间的缠结，聚合物囊泡具有相对较高的结构稳定性，因此近年来已被用于生物医学和化学材料中。在美国，研究人员对这方面给与了广泛的关注和研究。事实上，为了进一步提高聚合物囊泡的稳定性，传统上通过交联囊泡双层膜（包括物理和化学途径）来确保囊泡在复杂环境下的结构稳定性。
然而，这也是由于聚合物囊泡的双膜中聚合物链的高缠结和交联使得囊泡渗透性相对于磷脂囊泡大大减少，这大大限制了囊泡腔和外界环境之间的物质传输特性。
1.1.2聚合物囊泡的优点
表面活性剂形成的囊泡相比，聚合物囊泡的结构更稳定，载药量也相对较大。易于调整和修改。因此，其生物相容性也较好，可作为多种模型药物的载体。聚合物囊泡的优点：（1）高膜稳定性（2）膜特性（如厚度、弹性、韧性和可降解性）可在宽范围（3）的聚合物囊泡中调节，聚合的材料的选择性范围大，（4）可同时包围疏水性药物与疏水性药物[5]。
1.1.3聚合物囊泡结构组成和性质
两亲性嵌段聚合物囊泡，顾名思义，由两个不同的链段组成，分别是亲水链段和疏水链段。通过调节聚合物亲水疏水链段的类型和长度、颗粒尺寸、表面电荷等。可改变囊泡的理化性质、生物学性质和载药量。
亲水段:聚合物纳米颗粒的外部结构直接影响其在体内的分布和代谢，进而影响模型药物的组织分布代谢和功效。亲水外壳首先在体内具有一定的长循环效应。如果通过物理化学或生物方法将具有特定作用的小分子蛋白附着在亲水层上，则理论上可以在体内自动实现载药囊泡靶向性；也可用于交联壳段，改变其表面渗透性，调节模型药物的释放率[6]。
两亲性嵌段聚合物制备中最常用的亲水链最常用的亲水链段材料主要为聚乙二醇（PEG），它具有良好的水溶性、生物相容性、无毒性，无免疫原性等，可避免被网状内皮系统在机体中识别吞噬作用，减少生物蛋白黏附的几率，延长体液循环时间，分子量为10012000DA的PEG是FDA批准的医药聚合高分子材料，可以溶解在水中也可以溶解在大部分有机溶剂里。
疏水段：聚合物囊泡中影响药物传递效率的部位主要是亲水段形成的亲水性空腔，但疏水段形成的夹心也同很重要。疏水性中间层作为囊泡颗粒的重要组成部分，决定了内源药物的大小、稳定性、抗稀释能力和释放速率[7]。
目 录
1 引言 1
1.1 聚合物囊泡简介 1
1.1.1 聚合物囊泡渗透性 2
1.1.2 聚合物囊泡的优点 2
1.1.3 聚合物囊泡结构组成和性质 2
1.1.4 聚合物囊泡 2
1.2 荧光探针概述 3
1.2.1 荧光探针的分类 4
1.2.2 荧光探针的设计机制 5
1.2.3 荧光探针的优点 6
1.2.4 影响荧光强弱的因素 7
1.2.5 荧光探针的应用 6
1.3 选题意义 7
2 实验 7
2.1 实验试剂 8
2.2 实验仪器 9
2.3 实验方案 9
2.4 实验步骤 9
2.4.1 PEGPCL聚合物的合成及表征 10
2.4.2 BODIPY的合成及表征 10
2.4.3 聚合物囊泡的合成及表征 11
2.4.4 聚合物囊泡膜渗透性的检测及定性 11
2.5 结果讨论 12
2.6 展望 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
1.1聚合物囊泡简介
聚合物囊泡是指在分散介质作用下由聚合物自发形成的材料，具有封闭双层结构的球形或椭球形空心结构，由于其独特的结构特点及其药物运输和微反应器等领域的使用引起了大家的关注[1]。此外，通过物理或化学手段调节囊泡膜的通透性，使其能与生物体外的物质交换，类似于生物细胞膜的特性也使其在仿生领域具有重要意义。1965年英国班汉姆等人使用超声波分散水中的磷脂分子，形成多层囊泡。这意味着人工制备囊泡的开始；自1996年Eiscnberg使用两亲性嵌段共聚物由于苯乙烯聚丙烯酸（PSPAA）在选择性溶剂中的自组装囊泡、囊泡的制备、结构和调节以及聚合物囊泡的形成机制等，两亲性嵌段共聚物的应用取得了巨大的成功[2]。我们通常知道的囊泡是由一对两亲分子自组装的，它们是由封闭的双层形成的球形单室或多室缔合结构,类似于细胞膜结构。根据囊泡的结构，可分为单腔囊泡和多腔囊泡[3]。如图1
图1不同结构囊泡示意图
1.1.1聚合物囊泡渗透性
虽然聚合物囊泡在结构稳定性和功能化方面与脂质体囊泡相比具有许多优点，但它们在各个领域的潜在应用潜力很大。然而，与脂质体囊泡相比，聚合物囊泡由于高分子量疏水链的链缠结而具有严重的膜渗透性问题，并且有时有机小分子，离子和水有时不能顺利通过[4]。
虽然聚合物囊泡在结构稳定性和功能化方面与脂质体囊泡相比具有许多优点，但它们在各个领域的潜在应用潜力很大。然而，与脂质体囊泡相比，聚合物囊泡由于高分子量疏水链的链缠结而具有严重的膜渗透性问题，并且有时有机小分子，离子和水有时不能顺利通过[4]。
众所周知，由于疏水性双层膜中的聚合物链相对于小分子磷脂囊泡之间的缠结，聚合物囊泡具有相对较高的结构稳定性，因此近年来已被用于生物医学和化学材料中。在美国，研究人员对这方面给与了广泛的关注和研究。事实上，为了进一步提高聚合物囊泡的稳定性，传统上通过交联囊泡双层膜（包括物理和化学途径）来确保囊泡在复杂环境下的结构稳定性。
然而，这也是由于聚合物囊泡的双膜中聚合物链的高缠结和交联使得囊泡渗透性相对于磷脂囊泡大大减少，这大大限制了囊泡腔和外界环境之间的物质传输特性。
1.1.2聚合物囊泡的优点
表面活性剂形成的囊泡相比，聚合物囊泡的结构更稳定，载药量也相对较大。易于调整和修改。因此，其生物相容性也较好，可作为多种模型药物的载体。聚合物囊泡的优点：（1）高膜稳定性（2）膜特性（如厚度、弹性、韧性和可降解性）可在宽范围（3）的聚合物囊泡中调节，聚合的材料的选择性范围大，（4）可同时包围疏水性药物与疏水性药物[5]。
1.1.3聚合物囊泡结构组成和性质
两亲性嵌段聚合物囊泡，顾名思义，由两个不同的链段组成，分别是亲水链段和疏水链段。通过调节聚合物亲水疏水链段的类型和长度、颗粒尺寸、表面电荷等。可改变囊泡的理化性质、生物学性质和载药量。
亲水段:聚合物纳米颗粒的外部结构直接影响其在体内的分布和代谢，进而影响模型药物的组织分布代谢和功效。亲水外壳首先在体内具有一定的长循环效应。如果通过物理化学或生物方法将具有特定作用的小分子蛋白附着在亲水层上，则理论上可以在体内自动实现载药囊泡靶向性；也可用于交联壳段，改变其表面渗透性，调节模型药物的释放率[6]。
两亲性嵌段聚合物制备中最常用的亲水链最常用的亲水链段材料主要为聚乙二醇（PEG），它具有良好的水溶性、生物相容性、无毒性，无免疫原性等，可避免被网状内皮系统在机体中识别吞噬作用，减少生物蛋白黏附的几率，延长体液循环时间，分子量为10012000DA的PEG是FDA批准的医药聚合高分子材料，可以溶解在水中也可以溶解在大部分有机溶剂里。
疏水段：聚合物囊泡中影响药物传递效率的部位主要是亲水段形成的亲水性空腔，但疏水段形成的夹心也同很重要。疏水性中间层作为囊泡颗粒的重要组成部分，决定了内源药物的大小、稳定性、抗稀释能力和释放速率[7]。
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