磷酸二丝氨酸化壳聚糖仿生衍生物的合成、表征及生物学评价

摘要

本研究从仿细胞膜磷脂出发，以磷脂酰丝氨酸作为模拟对象，通过磷化学的方法在壳聚糖上偶联磷酸二丝氨酸基团（PdS），合成了两性氨基酸离子修饰的壳聚糖仿生衍生物（PdSCs），并对其合成机理、结构、自组装行为以及生物学性能做了较系统的研究。 为了得到PdSCs，预先对壳聚糖改性，制备油溶性的壳聚糖6-O-三苯基甲醚化壳聚糖，再基于Antherton-Todd反应，实现在壳聚糖上偶联磷酸二丝氨酸基团，并采用1H NMR、31P NMR等表征其结构。为说明PdSCs的合成机理，在壳聚糖上偶联磷酸二苏氨酸（PdThr）、磷酸二羟基特戊酸（PdH）、磷酸二叔丁氧羰基丝氨酸甲酯，1H，31P和31P CPD NMR结果表明Antherton-Todd反应生成的磷酰胺键在游离羧基的存在下发生N→O转移，生成磷酸酯；电导滴定与等离子发射光谱仪（ICP）实验结果证明壳聚糖上偶联的基团为双取代的磷酸二丝氨酸基团。在此基础上，本研究比较三种具有不同取代基团的PdSCs、PdThrCs和PdHCs壳聚糖衍生物的结构以及性能。XRD、TGA与DSC结果表明改性后的壳聚糖衍生物的结晶度降低，热稳定性下降，但是亲水性改善。热分析结果表明三者具有不同的束缚水行为，PdSCs存在冷冻结合水结构，PdThrCs没有观察到明显的冷冻结合水，而PdHCs在低水含量时不存在冷冻结合水，高水含量具有少量冷冻结合水。 采用DLS、TEM和AFM等技术对壳聚糖衍生物的自组装行为研究结果表明：PdSCs、PdThrCs和PdHCs均可以通过自身的亲疏水作用形成纳米粒子。其中，PdSCs纳米粒子具有明显的pH响应性，在pH=9.6发生表面电性的转变。而且Cu（Ⅱ）离子对PdSCs的自组装行为有调控作用。 作为生物材料，必须要求材料对生物体安全无毒，因此本研究对PdSCs、PdThrCs和PdHCs进行了一系列的生物学评价。结果表明：与PdThrCs和PdHCs相比，PdSCs几乎不改变小牛血清白蛋白（BSA）的构象，并能提高其热稳定性；凝血实验表明PdSCs具有一定的抗凝血作用；溶血率和红细胞形貌实验表明PdSCs具有良好的血液相容性；细胞毒性实验表明PdSCs安全无毒且有利于细胞增殖。因此PdSCs可以作为生物材料使用。 综上所述，通过Atherton-Todd反应可以制备两性离子仿生壳聚糖衍生物（PdSCs），其具有冷冻结合水层结构，在蛋白、血液和细胞方面具有优异的相容性，可以预见PdSCs在生物材料涂层、药物载体等多方面具有非常广阔的应用前景。

目录

声明

第一章 前言

1.1 两性离子聚合物简介

1.2 细胞膜磷脂仿生材料设计

1.3 壳聚糖改性的研究进展

1.4 金属离子与两性离子聚合物的相互作用

1.5 课题的提出和创新点

第二章 磷酸二丝氨酸化壳聚糖及其类似物的合成与结构表征

2.1 引言

2.2 实验试剂与仪器

2.3 磷酰二丝氨酸化壳聚糖（PdSCs）及其类似物的合成

2.4 测试与表征

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 磷酸二丝氨酸化壳聚糖纳米自组装及其理化性质

3.1 引言

3.2 实验试剂与仪器

3.3 磷酸二丝氨酸化壳聚糖自组装纳米粒子及其理化性质

3.4 PdSCs 与 Cu (II) 的相互作用

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第四章 磷酸二丝氨酸化壳聚糖的生物学评价

4.1 引言

4.2 实验试剂与仪器

4.3 磷酸二丝氨酸化壳聚糖及其类似聚合物生物学评价

4.4 结果与讨论

3.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录