具有可调网络特性的热响应水凝胶中包埋纳米粒子的可控释放
软凝聚态物质
2020-05-12 v1
摘要
热响应水凝胶已被深入研究以构建智能药物载体与可控药物递送。理解纳米粒子(NPs)在热响应水凝胶网络中的药物释放动力学及相应传输机制,是成功设计智能药物递送系统的关键。我们构建了水溶液中包埋于水凝胶网络的刚性 NPs 介观模型,其中水凝胶网络由 PNIPAM 交联半柔性聚合物形成。通过改变环境温度跨越 PNIPAM 的低临界溶解温度,可显著改变水凝胶网络特性。我们系统研究了基质孔隙率与纳米粒子尺寸在不同温度下如何影响 NPs 的传输动力学。关于 NPs 均方位移与 van Hove 位移分布的定量结果表明,所有包埋于智能水凝胶中的 NPs 在低温与高温下均经历亚扩散。对于线团态,由于动能增加及对 NPs 约束减小,NPs 的亚扩散指数与扩散系数增大,而减小基质孔隙率与 NPs 尺寸亦可增强水凝胶中 NPs 的传输。然而,当溶液温度升至临界温度以上时,水凝胶网络随线团-球状转变而塌缩,NPs 被紧密捕获于水凝胶内部某些局部区域。结果,NP 扩散系数可降低两个数量级,甚至扩散过程可完全停止。这些发现为设计刺激响应水凝胶的可控药物释放提供了新见解,包括自主开关药物释放以响应局部环境变化。
引用
@article{arxiv.2002.01361,
title = {Controlled release of entrapped nanoparticles from thermoresponsive hydrogels with tunable network characteristics},
author = {Yi Wang and Zhen Li and Jie Ouyang and George Em Karniadakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.01361},
year = {2020}
}
备注
19 pages, 12 figures