PAMAM 树状大分子代数与粒径

一、PAMAM 基本结构与增长规律

核心增长规律：

• 分子量：每增加一代，分子量约翻倍（指数增长）

• 表面基团数：每代翻倍（从 G0 的 4 个氨基开始）

• 粒径：随代数增加呈线性增长，每代增加约 1-2nm

二、代数与粒径精确对应关系

1. 粒径与代数的线性关系

• 分子量 (MW) ≈ 517 × 2^(G+1) (G≥0)

• 表面氨基数 = 4 × 2^G

• 分子直径 (D) ≈ 1.4 + 1.8 × G (nm) (G≥0)

三、代数对 PAMAM 理化性质的影响

1. 形态演变：从线性到球形

• G<4：呈伸展的星形 / 树枝状

• G≥4：形成稳定的球形结构，内部产生空腔

• 随代数增加，分子构象从松散→紧密，密度先增后减

2. 表面特性变化

• 基团密度：每代翻倍，导致表面氨基间距减小

• G4 表面氨基间距约 4.0Å

• G6 约 2.2Å

• G8 约 1.5Å

• 反应活性：高代数 (G≥6) 因空间位阻，表面基团可及性降低

• 电荷密度：表面氨基质子化后带正电，代数越高，正电荷密度越大 

3. 内部结构特征

• 空腔体积：随代数增加而增大，G5~G7 形成有效载药空间

• 密度分布：由 "核密壳疏" 逐渐转为 "核疏壳密"，G4 时密度分布最均匀 

• 内部极性：核心区域极性高于表面，适合封装亲水性药物

四、环境因素对 PAMAM 粒径的影响

1. 溶剂效应

• 良溶剂中 PAMAM 伸展，粒径增大

• 不良溶剂中收缩，粒径减小（如 G8 在不同溶剂中 Rg 变化约 10%）

• 水溶液中因氢键作用，粒径通常比非极性溶剂中小

2. pH 影响

• 酸性条件 (pH<7)：氨基质子化，电荷排斥使分子伸展，粒径增大（G5 在 pH4 时比 pH10 大～13%）

• 碱性条件 (pH>7)：氨基去质子化，分子收缩，粒径减小

• G4 以上因结构刚性，pH 响应幅度减小（仅 4-5% 变化）

3. 离子强度

• 高盐浓度屏蔽表面电荷，减弱排斥力，导致分子收缩，粒径减小 

• 反离子种类影响显著：小离子 (如 Na+) 更易屏蔽电荷 

五、代数选择与应用场景匹配

不同代数 PAMAM 的应用领域：

• 血液循环时间：G4-G6 （10-15nm，避免肾清除和巨噬细胞吞噬）

• 细胞内吞效率：8-12nm（G4-G5）最易被网格蛋白介导内吞

• 药物释放控制：高代数 (G6+) 因结构刚性，药物释放更缓慢持久

六、总结：PAMAM 代数 - 特性关系核心要点

1. 粒径：与代数呈线性关系，每代增加约 1.8nm，从 G0 的 1.4nm 增至 G10 的约 24nm
2. 分子量与表面基团：均呈指数增长，每代翻倍，这是 PAMAM"纳米工厂" 特性的基础
3. 形态转变：G4 是关键转折点，从树枝状→球形，内部形成可载药空腔
4. 应用选择逻辑：

• 小尺寸需求（细胞穿透）→ G0-G3

• 平衡载药与生物相容性 → G3-G5（临床研究广泛）

• 高载量需求（蛋白质、疫苗）→ G6-G8

• 特殊功能材料 → G9 + 或半代产品（如 G3.5、G4.5）