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西南交通大学周绍兵教授团队在兼具“超低渗漏”和“超快释放”动态复合胶体囊研究方面取得新的进展
2019-09-07  来源:高分子科技

  能够感知环境微小变化,从而应答释放所载物质的智能载体,在药物传递、功能食品、腐蚀保护、催化、农业和化妆品等诸多领域应用广泛。尽管关于刺激-响应载体的报导层出不穷,但提前渗漏仍然是个普遍的问题,而响应释放时又常常“快”不起来。避免渗漏与快速释放天生是一对矛盾,解决这个矛盾就能避免“脱靶”问题,从而获得理想的治疗效果和显著的经济价值。

  为此,西南交通大学周绍兵教授团队设计了一类动态复合胶体囊(colloidosomes),该微囊依赖于一个可逆的静电作用策略,兼具可靠封装与超快释放的能力。该团队以聚乙烯亚胺改性的二氧化硅纳米颗粒(SiO2-PEI NPs, 22 nm)和两性离子型碳点(CDs, 5.5 nm)为单元粒子,通过Pickering乳液自组装一步制备载货微囊。在pH 7.4时,正电性SiO2-PEI NPs与负电性CDs以静电吸引力组成牢固的微囊壳,高效封装内容物;在pH 5.0时,由于表面功能基团质子化,碳点电荷迅速反转,成壳粒子间由静电吸引变为静电排斥使囊发生瞬间解体,快速释放内容物(图1)。

图1. 构建动态复合胶体囊用于pH刺激按需释放示意图

图2. 动态复合胶体囊pH依赖的稳定和去稳定性。a)时间序列荧光显微镜成像展示胶体囊在pH 7.4下一个月考察中的高度稳定性。b)胶体囊在pH 7.4的3D重构成像。c)上列:时间序列原位共聚焦成像展示胶体囊在pH 5.0下发生瞬间解体。下列:相应代表性胶体囊的明场成像。d)胶体囊在pH 5.0的3D重构成像。

  由图2可见,在pH 7.4,1个月考察期内胶体囊完整性保持良好;一旦将该胶体囊分散于pH 5.0缓冲液,其立即发生膨胀、变形、破裂,并最终于3分钟内完全解体。以异硫氰酸荧光素标记的葡聚糖(10000分子量)为模型药物,其包载率和包载量分别达到86.9%和24.3%,在储存状态下1个月仅渗漏5.5%,而一旦触发于5分钟内几乎完全释放(>90%)。以具有生物活性的酶分子为模型药物证明,该体系生物相容性高,酶活性保持良好。

  仅依赖于温和的pH刺激,通过两种成壳单元粒子间静电相互作用力由“拉”到“推”的转变,即可实现胶体囊从“高度稳定”到“瞬间解体”,从而获得可靠封装与超快释放。更值得一提的是,就像CDs在体系中身兼动态粘合剂和荧光示踪剂双重角色一样,通过选用其他具有光、磁、热、等离子体,乃至多重物理化学性质的颗粒作为单元粒子,有望通过类似的自组装法获得满足不同实际需要的智能胶体囊。

  以上相关成果发表于Nano Letters(DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01949)上。论文的第一作者为西南交通大学材料科学与工程学院博士生郭婷,通讯作者为周绍兵教授

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01949

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