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主题 : 科学研究计划书
级别: 初级博友
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楼主  发表于: 2013-10-09   
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科学研究计划书

化学化工学院 mV}8s]29  
博士研究生科学研究计划书 :zIB3nT^  
考生姓名: !6taOT >v  
报考专业: k;Qm%B  
报考导师: |'}r-}  
职 称: Ug#B ( }/  
2012年11月20日 'T|QG@q  
-1-一、选题背景及意义 OWr\$lm@z$  
药物缓释指用药后能在较长时间内持续释放药物以达到药效;控释指药物能 Y^#>3T  
在预定的时间内以预定速度释放,使血药浓度长时间维持在有效范围。药物的缓 [ x.]  
/控释有以下优点:(1)对半衰期短或需要频繁给药的药物,可减少服药次数,使 A] 'XC"lS  
用方便。特别适用于需要长期服药的慢性疾病患者,如心血管疾病、心绞痛、高 lUnC+w#[  
血压、哮喘等;(2)使血药浓度平稳,减缓“峰谷”现象,降低药物不良反应发 %,8 "cM`D  
生的频率和严重程度,提高临床用药的安全;(3)缓慢释放增强药物的有效性, W+V &  
药物在口服或注射后释放出有效成分的速度缓慢,吸收速度也较恒定,药物作用 H%>cpwa[7  
维持的时间较长;(4)增强药物的化学稳定性,某些药物口服后易被体内环境所 ! _ >/ r  
破坏,制成缓控释制剂后可按要求定时、定位释放,提高稳定性。 ucLh|}jJ5  
脂肪族聚碳酸酯是一类重要的可降解生物医用材料,具有优异的生物相容性 $ JCOL  
和生物可降解性 Cw.DLg  
[1] >6(e6/C-9  
,目前已经广泛应用于载药体系、组织工程和特殊医用器材领 &oVZ2.O#(  
域。传统脂肪族聚碳酸酯通常存在亲水性差、缺少进一步化学反应所需官能团、 ^D {v L  
与生物体细胞和器官相容性较差等缺点。解决这些问题的一个主要途径是在聚碳 up?S (.*B  
酸酯中引入官能团或者活性生物分子,来调节聚合物的理化和生理性质,包括亲 Y$hLsM\%  
水/疏水性、细胞膜渗透率、生物粘附能力、生物相容性和降解性等。功能环状 '<C# "2  
碳酸酯单体的合成简便易行,通过二羟基/多羟基化合物和三光气或者氯甲酸乙 ))6iVgSE$  
酯反应即可实现,产物多为六元环和七元环 !*k'3r KOW  
[2-4] kI*f}3)Y  
。根据二羟基/多羟基化合物的不 LwI4 2  
同来源,主要将功能聚碳酸酯分为三大类:(1) 基于丙三醇的环状碳酸酯和共聚 )4 w 3$Q  
物;(2) 基于二羟甲基丙酸的环状碳酸酯和共聚物;(3) 基于季戊四醇的环状碳 gl n X C  
酸酯和共聚物。除此之外,还有基于L-酒石酸、多糖、1,3-二羟基丙酮和氨基酸 K;g6V!U  
等合成的功能聚碳酸酯 j4D`Xq2 X  
[5] y2x)<.cDP  
>$A,B  
两亲性高分子在水溶液中可通过自组装形成球状、圆柱状和囊泡三种形态, 5[+E?4,&  
疏水部分可促进水溶性较差类药物的溶解,同时“核壳”结构在人体内能对负载 EhIa31>X  
的药物起到一定的保护作用。通过设计高分子的结构还可以实现药物的平稳释 n#5pd;!n  
放、靶向释放、刺激响应释放等功能,因此开展药物的控/缓释载药体系研究具 W^9=z~-h  
有重要意义。 aD?ySc}  
-2-二、研究现状 \v.YP19  
多数抗癌药物水溶性差,目前普遍采用DMSO,CremophoreEL,Tween80 p@=B\A]  
等表面活性剂来溶解药物,但是这些溶剂会损害人体的肝肾并可能引起严重过敏 rgrsNr:1  
反应 {F$MZ2E  
[6] uI&<H T?  
。此外,依靠表面活性剂来溶解抗癌药物通常稳定性较差,全身给药后会 bdyE9t   
发生药物沉降而导致无法发挥药效,因此需要发展新型抗癌药物负载。 naW!Mg a  
研究发现,在高分子“核壳”载药体系中引入与药物结构相似,具有相容性 a)M#O\i`  
的“核”结构,会提高载药量并延长药物在载药体系中的保留时间 l*4_  
[7-9] 6%UhP;(  
,葫芦素 )@.6u9\  
(Cucurbitacin)是一类高度氧化的四环三萜类化合物,具有抗肿瘤、抗化学致癌、 lJXihr  
消炎等多种生物活性,与胆甾醇化学结构类似。基于此,Mahmud 9|LV x3]  
[10] \bWo"Yo  
等合成了含 9iQc\@eGd  
有胆甾醇侧基(位于PCL链段中)的共聚物MePEO-b-PChCL、含有苄氧羰基侧基 7S]akcT/  
的共聚物MePEO-b-PBCL以及不含侧基的MePEO-b-PCL,对比研究了三种载药 d"4J)+q  
体系的CuI载药量和控释行为,见图1.4。结果发现MePEO-b-PChCL对CuI的 3S WO_  
溶解性最好并且载药量最多,但只能对药物初期释放进行控制(~1h),1h后药 | R$/oq  
物控释行为和MePEO-b-PCL几乎相同,没有呈现出预期最好的控释行为。相比 zJa,kN|m  
之下MePEO-b-PBCL的药物控制效果最好,研究者认为是由于胆甾醇侧基体积 #1` lJ  
较大并且排列较密,使得空间位阻增大,限制了胶束“核”中胆甾醇侧基与药物 6(.]TEu0  
的相互作用,导致“核”粘度较低从而无法控制药物的释放行为。 3a]Omuu|=  
O N|L Ey  
H q`DilZ]S  
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H 1K'.QRZMb9  
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CucurbitacinI d+Vx:`tT  
MePEO-b-PChCL "@JSF  
图1.1两嵌段共聚物MePEO-b-PChCL的合成 xsq+RBJi  
Fig.1.1SchemeforthepreparationofMePEO-b-PChCLblockcopolymer. :Z @!*F  
为提高在血液中两亲性聚合物载药胶束的稳定性和载药量,可将壳、核壳界 2U-F}Z  
面或者核进行化学交联 G6N$^HkW?  
[11,12] qd9CKd  
。但由于交联过程复杂,以及对聚合物载体结构性能 (YbRYu  
-3-和后续药物控制释放的影响不确定性,此法的应用受到限制。Li Q]Fm 4  
[13] ]Y'oxh  
等用含端羟基 Kzw )Q  
的PEG为大分子引发剂,DBU为催化剂通过开环聚合制备了嵌段共聚物 F]hKi`@  
PEG-b-PBC;在室温下通过Pd/C催化将PBC中苄氧羰基还原为羧基,得到了侧 \# .@*?fk  
链含有羧基活性官能团的聚合物PEG-b-PCC;再采用EDC/HOBT作为脱水剂和 A d0dg2Gw  
催化剂将十二烷醇连接在PEG-b-PCC上,得到PEG-b-PCD(接枝效率高达95%), 5V5E,2+ 0  
见图1.2。PEG-b-PCD结构中,十二烷醇连接到聚碳酸酯主链上,产生了类似核 tH_e?6]  
壳界面交联的结构,提高了疏水核的稳定性;此外药物恩贝宁具有和十二烷醇相 H1(Zz n1  
似的长链脂肪端基,从而可与PEG-b-PCD中的PCD末端基发生作用,提高相容 A Z7  
性。这两因素协同作用大幅度提高了恩贝宁(Embelin)的载药量和载药效率。实验 GUJaeFe  
结果显示,PEG-b-PCD对恩贝宁的体外释放有明显控制作用(PEG114-PCD29和 Md9b_&'  
PEG114-PBC30 药物半衰期分别为12h,4h),对前列腺癌细胞的繁殖有明显的抑 +UxhSF U  
制。 9{?L3V!+r  
O O 8 #OcrJzC  
O nDh]: t=  
O O #Y3:~dmJ-  
mPEG, DBU 4 7R4gs#W  
Pd/C, H m@hmu}qz-  
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PEG-PBC vc.:du  
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Pd/C, H F+A"-k_\T#  
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C 2XhtK  
12 xW@y=l Cu  
H 0yW#).D^b  
25 ;h[p "  
PEG-PCD Z;kRQ  
Structureof PEG-lipidwith (.Hiee43  
chemicalcross-linkedmicelles Ed[ tmaEuV  
Structureof PEG-lipidwith {awv= s  
polycarbonatebackbone ?sQOz[ig;  
O ;J|sH>i  
O j^ L"l;m  
OH )cA#2mlS'1  
HO C/Vs+aW n  
C >]N}3J}47g  
11 *0>![v  
H KL:x!GsV5e  
23 %:I\M)t}k  
Embelin: eELJDSd BV  
图1.2聚碳酸酯骨架、PEG亲水壳和十二烷醇疏水核构成两亲性聚合物 r':wq   
Fig.1.2Schematicillustrationoflipopolymerwithpolycarbonatebackbone,hydrophilicPEG 9kmEg$WM  
coronaandhydrophobiclipidcore. DG& ({vy  
目前为止,绝大部分两亲性聚合物形成的载药胶束体系都是采用PEG为亲 IS *-MLi  
水性外壳,研究人员通常是改变疏水内核来进行相关研究。PEG作为载药体系 &R$6dG4  
与人体内部生理环境直接接触部分,能够防止载药体系被人体内部细胞吞噬和摄 P{ YUW~  
KU,K E tf  
[14,15] l,cnM r^.W  
,这对于药物输送具有重要意义。但是当药物释放后,残留的PEG在人 z~[:@mGl  
-4-体内不能通过水解作用降解为小分子,只能通过排泄系统排出。考虑到PEG存 H4%2"w6|!  
在的这一问题,有必要发展代替PEG的新型可降解亲水性胶束外壳。武汉大学 sywSvnPuYZ  
钟振林课题组 h`O"]2  
[16] <9zzjgzG{c  
以DTC和BTMC为单体,设计合成了含有亲水性链段的三嵌 }j=UO*|  
段共聚物(PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC),嵌段组成均为可降解的聚碳酸酯;并且 ? yL3XB>  
PHTMC嵌段上含有大量羟基官能团,为后续连接各种功能化的生物活性分子提 T: zO9C/  
供了反应位点,见图1.3。 3r{3HaN(^'  
O O ~s.~ X5  
O DK' ? '  
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Sn(Oct) p mv6m  
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PDTCdiol a1^CpeG~  
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Fumaricacid U-F\3a;&  
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n n 8 7z]qE  
PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC "C.cU  
Self-assemble dHkI9;  
图1.3以PHTMC为亲水外壳的两亲性聚合物载药体系示意图 =o )B1(v@.  
Fig.1.3SchematicillustrationofamphiphiliccopolymerwithPHTMChydrophiliccorona. ~<Z7\yS)  
阿霉素(Doxorubicin,DOX)是目前临床上广泛使用的非特异性抗肿瘤药物, +gyGA/5:d$  
通过抑制RNA、DNA和大分子的生物合成杀灭癌细胞,因此将抗肿瘤药物直 to{7B7t>q  
接输送到癌细胞的细胞质和细胞核中是提高药效的关键。谷胱甘肽是一种广泛存 P8X59^cJ  
在于动物细胞中的三肽(Glu-Cys-Cly),在生物体内的氧化还原反应中起着重要的 ]&?8l:3-G  
作用,但在细胞质内含量(2~10mM) ;04< 9i  
[17,18] uC! dy  
远高于在细胞外含量(50~1000倍) #Y0ru9  
[19] NdmwQJ7e"  
[V E>{4]W  
基于此可设计出含二硫键(-S-S-)的生物还原型载体作为药物的输送工具。苏州大 )&$mFwf  
学钟志远 Eq=j+ch7  
[20] GP(ze-Y p  
课题组合成了以二硫键(-S-S-)相连接的葡萄聚糖(Mn=6000)亲水壳 xC9?Wt'  
-5-与PCL疏水核的两亲性聚合物Dex-SS-PCL,研究了细胞对药物的摄取和在细胞 n}dLf g *  
内药物的释放行为。结果表明,Dex-SS-PCL在细胞外非还原性环境中能保持较 I uC7Hx`z  
好稳定性,进入细胞内还原性环境后能快速释放药物至细胞质及细胞核中,起到 tZY6{,K%4  
消灭癌细胞的作用,见图1.4。 !-m 'diE  
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DOX Dex-SS-PCLmicelles v57<b&p26  
glutathione Qkw?Q V-`k  
图1.4亲水葡萄聚糖外壳在细胞内谷胱甘肽还原下脱落示意图 //RD$e?h~  
Fig.1.4Illustrationofdextranshellsareshedoffbyintracellularglutathione. y.-Kqa~  
为了进一步提高载药量和控制药物释放,董常明 "x nULQK  
[19] oArXP\#  
等将溶胶凝胶技术和含有 ?<S fhjU  
二硫键的生物还原型载体相结合,制备了一种新型的核中心交联两亲性载药体系 SM1L^M3)  
TMS-PCL-SS-PEO,见图1.5。结果表明,相比于核中心未交联的胶束,交联胶  y(#6nG@S  
束的载药量和载药效率提高了一倍左右;体外释药实验采用10mMDTT模拟细 saDu'SmYV  
胞膜内还原环境,交联和未交联的载药胶束均表现出更快的释药行为,并且交联 #hk5z;J5  
胶束能更好地控制初期药物突释。 p 16+(m  
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-6-图1.510mMDTT中未交联与核交联胶束的药物释放 bD|"c  
Fig.1.5Reduction-triggereddrug-releaseofuncrosslinkedandcore-crosslinkedDOX-loaded 7^mQfQv  
micellesin10mMDTT. n2Mpo\2  
为了实现对病变细胞的靶向识别能力,提高药物效率,降低副作用,还可以 IiE^HgM  
在载药体系结构中连结上生物活性分子。研究发现,叶酸受体(FRs)是一种糖基磷 Q9B!0G.-bs  
脂酰肌醇(GlycosylPhosphatidylinositol,GPI)锚定的膜蛋白,能与叶酸特异性结合。 V@TA~'$|  
叶酸受体在人体许多实体肿瘤细胞膜表面高度表达,而在正常组织中低表达。由 C>mFylN  
于叶酸可被癌细胞表面的叶酸受体通过介导内吞摄取,所以通过将叶酸分子连接 p~""1m01,D  
在聚合物输送载体上,有望实现对癌细胞的靶向释药。Hu 7 ,V_5M;t  
[21] LP'q$iB!  
等把DL-丙交酯 a1u4v/Qu9  
(DLLA)与含烯丙基的碳酸酯单体MATMC共聚得到含有碳碳双键官能团的聚合 m({ q<&]Qp  
物,然后将巯基化的叶酸通过“ClickChemistry”连接到聚合物链上,得到含活 CdPQhv)m  
性生物分子的功能聚碳酸酯,见图1.6。研究了猴肾细胞在聚合物上的粘附与增 VM\\.L  
殖行为,结果发现细胞在叶酸接枝聚合物表面的粘附与增殖能力都有提高,可作 *yo'Nqu  
为靶向释药载体。 w'VuC82SZ  
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COOH ;^|):x+O  
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N k$pND,Ws  
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HN G2-0r.f  
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O =YD<q:n4  
H WZ h_z^rwn  
2 @.`k2lxGd~  
N m_,Jbf  
(iii) 0G2Y_A&e**  
图1.6含有叶酸分子的P(LA-co-MAC)/FA合成步骤 {L [   
Fig.1.6SchemeforthepreparationofcopolymerP(LA-co-MAC)withbioactivefolicacid B+Ft  >  
三、研究内容及创新点 \,r* -jr  
1.设计具有新型亲水外壳、功能疏水内核,并且能在细胞内环境刺激下释放药 Q{an[9To~P  
物的载药体系。亲水性外壳采用含羟基的可降解聚碳酸酯,内核含有与输送药物 p1 ("  
结构相似的疏水侧基,核壳之间通过二硫键连接,示意图见图1.7。 8=zREt<Se  
O u|6-[I  
OH Chol* 'f.k'2T  
+ S e,lLHg  
COOH S k 8%@PC$  
HOOC Rw FA  
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O 8Op^6rX4  
HO O _*b`;{3  
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O O (w5cp!qW9J  
H ?wCX:? g  
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O Ak('4j!*}^  
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O -k8sR1(  
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O ky[Cx!81C  
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n $aJay]F  
Pd/C,H zi6J|u  
2 n8;L_43U  
-8-Self-assemble T]&?^QGAZ  
图1.7设计聚合物合成示意图 `0]N#G T  
Fig.1.7Schemeforthepreparationofdesignedcopolymer RNB&!NC  
结构中外壳为聚HTMC,含有大量的亲水性羟基,在体内酯酶和水解酶作用 e Fz$h2*B  
下可以降解为CO2,有望避免PEG在体内不能降解的问题,但其对于疏水内核 t.;._'  
中药物的保护作用还有待验证;疏水内核结构中含有胆甾醇侧基,具有良好地细 2H9hN4N  
胞亲和性和相容性;胆甾醇和葫芦素具有相似的结构,并且通过在胆甾醇上引入  ]aF;  
柔性烷基链,可降低核内胆甾醇的位阻效应,两者协同作用有望大幅度提高载药 _4Eq_w`  
量以及药物在核内的稳定性;核壳交界面由二硫键连接,载药体系进入细胞后在 Posz|u<x  
还原型谷胱甘肽作用下,内核自动脱落,快速释放出药物,可避免药物与核由于 )GG9[%H!  
较强的相互作用而引起药物难以释放的问题。进一步研究,还可以改变内核连接 8o|C43Q_  
不同的生物活性分子,使载药体系具备靶向输送不同类型药物的功能。 =bD.5,F)  
2. 溶致液晶(Lyotropicliquidcrystal,LLC)是由两亲性分子和溶剂组成的体系,具 cb)7$S  
有自组装形成有序结构的功能。对于表面活性剂分子形成的有序聚集体的相转变 (y!bvp[" m  
通常用Israelachvil v^o`+~i  
[22] X5.9~  
等提出的临界堆积参数(CriticalPackingParameter)理论来解 \w1XOm [)  
释,表达式为CPP=V/a0l,其中V是表面活性剂分子的疏水链体积,a0是表面 Z9M$*Zp  
活性剂分子极性头基的平均分子截面积,l是表面活性剂分子疏水链的平均链长。 rMIX{K)'f  
当CPP<1/3时,两亲分子在溶剂中形成球形胶束(L1);当1/3<CPP<1/2时, d]sqj\Q57  
两亲分子在溶剂中形成六方相(H1);当CPP=1时,两亲分子在溶剂中形成层状 =ZURh_{xV  
结构(Lα);当CPP>1时,两亲分子在溶剂中形成反相胶束(L2)、反六方相(H2)和 "0PsCr}!  
反立方相(Q2),见图1.8。 =6ru%.8U,  
-9-图1.8溶致液晶自组装示意图和相应的临街堆积参数 kI(3Pf ].  
[23] fNAW4I I}  
Fig1.8Schematicofsomeofthepossibleself-assemblystructuresandtheircorresponding F%p DF\  
packingfactors. M.y!J  
研究认为,在涉及磷脂双分子层结构重排,例如膜融合/分裂、脂类跨膜运输 cd1-2-4U  
等生理现象中,反六方相作为中间过渡物起到重要作用。因此近十多年来,具有 MQw}R7  
有序纳米尺度孔径的反六方相作为药物输送载体受到广泛关注 64U|]g d$  
[24-26] ?+ d{Rh) y  
。例如,反六 /hqn>t  
方相结构中包含内部的亲水道和外表面的亲油层,能够同时溶解包裹亲水性(如 VS ECD;u4c  
维生素C)和脂溶性药物(如维生素E) a_S`$(7k  
[27] P,m+^,  
;与某些特定的多肽结合后具有较好的经 WynTU?  
皮给药效果,有望成为多肽和蛋白质类药物的新型载体 en{p<]H  
[28] 6 L4\UT r  
;利用溶致液晶有序结 %>+lr%B  
构随温度、pH变化具有不同药物释放速率的特点,可以设计出响应型的载药体 /dg?6XT/  
系,对药物在人体内释放实现温度、pH值等更加精确的控制 m4OnRZYlw  
[29,30] k?Hi_;o  
,见图1.9。人 3 x W:"  
体本身作为一个精密复杂的液晶体,与溶致液晶载药体系应该会有更好的生物相 `_)9eGQ  
容性和智能生物响应性,再赋予其可生物降解的功能,有望实现药物智能控/缓 JXkx!X_{  
释领域的突破。 -eK0 +beQ  
-10-图1.9温度响应型溶致液晶不同温度下的葡萄糖的释放曲线(a) "2C}Pr ,p8  
[29] m[y~-n  
pH响应型溶致液晶在体内 t*Ro2QZ  
的聚集态改变示意图(b) rz|Sjtq  
[30] ;sYDs71y  
Fig.1.9Dynamicreleaseprofiesforglucosefromphytantriolwithchangingtemperature(a) B0yGr\KJ  
schematicsoftheproposedpH-responsivedrugdeliverystrategyacrossthegastrointestinal <`Fl Igo  
tract(b). ,^mEi  
四、研究方法及可行性 WLU_t65  
1. 对于设计具有新型亲水外壳、功能疏水内核,并且能在细胞内环境刺激下释 ~2hzyEh  
放药物的载药体系,单体的制备较易实现,后续的聚合条件经过摸索应该也可以 J|U~W kW  
解决。单体、聚合物的结构与性能以及自组装形态可采用FT-IR、  \ 2El>>  
1 k~<Ozx^AyY  
HNMR、DSC、 -,/6 Wn'j  
DLS、GPC、WXRD、TEM来表征;药物的释放行为可采用UV-Vis进行研究。 Kk=>"?&  
2. 对于新型的溶致液晶载体,可采用SAXS、POM、DSC、UV-Vis、ATR-FTIR {-7ovH?  
等来进行研究,具体的应用方法还需要通过查阅文献进一步了解。 Tg@G-6u0c  
预计可获得的成果 7W},5c  
1. 获得具有良好生物相容性、生物响应性和靶向识别功能的两亲性载药体系, ={o4lFe3v(  
实现药物的高负载量,提高对药物释放的控制能力; hA/Es?U]  
2. 利用溶致液晶对温度,pH独特的响应特点,研究智能化的高效载药体系,实 p[WlcbBwT  
现药物的可控精准释放 GfP'  
-11-五、参考文献 VrT-6r'Y  
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