專(zhuān)利名稱(chēng)：熱敏性水溶性高分子材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料，特別是涉及一種熱敏性水溶性高分子材料(thermal responsive，water-soluble polymers)。
水溶性智慧型高分子在分離純化方面的應(yīng)用是目前發(fā)展中的新技術(shù)，其未來(lái)在生物醫(yī)藥、環(huán)保、資源等領(lǐng)域所扮演的角色，舉足輕重，將是一種關(guān)鍵材料。然而存在以下缺陷1.現(xiàn)有技術(shù)的材料，可用來(lái)抓取特定物質(zhì)的反應(yīng)基位于兩端末端基，因此反應(yīng)基少，在后段的應(yīng)用時(shí)，效能不理想。例如，請(qǐng)參照BioconjugateChem.，4,341-346(1993)。
2.目前感溫水溶高分子的LCST距離人的體溫有一定的差距，至少三度以上，無(wú)法使用于人體內(nèi)的智慧型藥物釋控。例如美國(guó)專(zhuān)利第5969052號(hào)所揭示的高分子，其操作溫度范圍不大，且LCST都在34℃以下。
因此，為了使熱敏性水溶性高分子的應(yīng)用能更廣闊、更臻于完善，有必要針對(duì)上述問(wèn)題謀求改善之道。
本發(fā)明的目的之二就是提供一種熱敏性水溶性高分子材料，其具有大量反應(yīng)官能基，可提高分離純化效能。
本發(fā)明的目的之三就是提供一種熱敏性水溶性高分子材料，其具有接近人體體溫(約37℃左右)的濁點(diǎn)，應(yīng)用在人體藥物智慧型釋控方面。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種熱敏性水溶性高分子材料，其中包括由下列單體所形成的共聚物5～95重量份N-異丙基丙烯酰胺；0.1～80重量份1-乙烯基-2-吡咯烷酮；以及視需要而定的0.1～30重量份丙烯酸。
本發(fā)明所述的熱敏性水溶性高分子材料，其中該材料的濁點(diǎn)介于20～80℃。
本發(fā)明所述的熱敏性水溶性高分子材料，其中該材料的分子量介于1000～25000。
本發(fā)明所述的熱敏性水溶性高分子材料，其中該材料是在一鏈轉(zhuǎn)移劑的存在下進(jìn)行共聚合的，且所述鏈轉(zhuǎn)移劑的添加量為所有單體重量的1～10％。
本發(fā)明所述的熱敏性水溶性高分子材料，其中所述鏈轉(zhuǎn)移劑為3-巰基丙酸。
一種熱敏性水溶性高分子材料，其中該材料的濁點(diǎn)介于36.5～38.5℃，包括由下列單體所形成的共聚物(a)N-異丙基丙烯酰胺；以及(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮，其中(a)∶(b)的摩爾比約8～10∶1。
一種熱敏性水溶性高分子材料，其中該材料的濁點(diǎn)介于36.5～38.5℃，其包括由下列單體所形成的共聚物(a)N-異丙基丙烯酰胺；(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮；以及(c)丙烯酸，其中(a)∶(b)∶(c)的摩爾比約1～3∶1∶1～2。
一種熱敏性水溶性高分子材料，其具有下式 其中n＝5～70；n＝5～70；y＝0～70。
根據(jù)本發(fā)明的熱敏性水溶性高分子材料是由下列單體所形成的共聚物(a)5～95重量份N-異丙基丙烯酰胺(N-isopropyl acrylamide；NIP)；(b)0.1～80重量份1-乙烯基-2-吡咯烷酮(1-vinyl-2-pyrrolidinone；VPD)；以及視需要而定(optionally)的(c)0.1～30重量份丙烯酸(acrylic acid；AA)。當(dāng)改變單體的組成比例時(shí)，可以調(diào)整沉淀的溫度，當(dāng)VPD含量上升時(shí)可使材料的LCST提高，且可提高材料的水溶性；而當(dāng)AA的含量上升時(shí)可使LCST降低，且COOH反應(yīng)基的量增加。因此，利用控制單體的比例，使此種新材料具有可大范圍調(diào)整的LCST，并有大量反應(yīng)基在高分子上。
本發(fā)明的熱敏性水溶性高分子是由(a)N-異丙基丙烯酰胺(NIP)、(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮(VPD)進(jìn)行共聚合而成，并可視需要加入(c)丙烯酸(AA)單體進(jìn)行共聚合，如下列反應(yīng)式 其中n＝5～70；m＝5～70；y＝0～70。
本發(fā)明中加入1-乙烯基-2-吡咯烷酮(VPD)單體可提高材料的濁點(diǎn)(Cloud point或LCST)，當(dāng)VPD含量上升時(shí)可使材料的LCST提高至80℃。再者，由于VPD本身具有優(yōu)良的親水性，因此也可增加材料的水溶性。此外，本發(fā)明可視需要加入第三種單體丙烯酸(AA)單體來(lái)降低材料的濁點(diǎn)，當(dāng)AA含量上升時(shí)可使材料的LCST降低至20℃。因此，在本發(fā)明中通過(guò)控制單體NIP、VPD、AA的組成比例，可大范圍地調(diào)整LCST從20～80℃，解決了公知材料感溫范圍過(guò)小的不足。
在物性方面，NIP聚合物的溶解度約40～50％(高分子/高分子+水)，而NIP-VPD共聚合物的溶解度可提高至50～60％又，本發(fā)明的第三種單體丙烯酸(AA)單體，除了可降低LCST之外，由于本身具有可反應(yīng)的活性基(COOH)，所以在聚合之后可大幅增加材料的反應(yīng)基數(shù)量，以解決公知材料反應(yīng)基過(guò)少的問(wèn)題。
本發(fā)明的高分子材料可應(yīng)用在生物工程上釋放控制、分離純化及生物感測(cè)器等方面。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，是利用(a)N-異丙基丙烯酰胺(NIP)與(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮(VPD)進(jìn)行共聚合，以合成出LCST介于36.5～38.5℃，適合于人體體溫的熱敏性水溶性高分子材料，其中(a)∶(b)的摩爾比較佳約8～10∶1。在另一較佳實(shí)施例中，亦可同時(shí)加入(c)丙烯酸(AA)單體進(jìn)行共聚合，以合成出LCST介于36.5～38.5℃的熱敏性水溶性高分子材料，此時(shí)(a)∶(b)∶(c)的摩爾比較佳約1～3∶1∶1～2。
本發(fā)明的上述單體可在一起始劑的存在下進(jìn)行自由基共聚合反應(yīng)，反應(yīng)的溫度約在30～150℃，尤以45～80℃較佳。此處所用的起始劑以過(guò)氧化物或偶氮類(lèi)(azo)催化劑較佳。常用的過(guò)氧化物起始劑包括；過(guò)碳酸異丙基酯(isopropyl percarbonate)、過(guò)氧化苯甲酰(benzoyl peroxide)、過(guò)氧化十二酰(lauroyl peroxide)、過(guò)氧化乙酰(acetyl peroxide)等。常用的偶氮類(lèi)起始劑包括2，2’-偶氮雙異丁腈(2，2’-azo-bis-isobutyronitrile；AIBN)、1，1’-偶氮雙環(huán)己腈(1，1’-azo-bis(cyclohexanecarbonitrile))、2，2’-偶氮雙(2，4-二甲基戊腈)(2，2’-azo-bis(2，4-dimethylvaleronitrile))等。
起始劑的添加量可為單體重量的0.002％到1％不等，但較佳為單體重量的0.03％到0.3％。
本發(fā)明的共聚合反應(yīng)可添加一鏈轉(zhuǎn)移劑以控制高分子材料的分子量大小。鏈轉(zhuǎn)移劑的添加量可從單體重量的1～10％，鏈轉(zhuǎn)移劑添加越多，分子量越小。本發(fā)明的高分子材料的分子量約從1000～25000。任何公知技術(shù)中任何用來(lái)修飾自由基聚合反應(yīng)的鏈轉(zhuǎn)移劑均可用在本發(fā)明，例如碳數(shù)2-21的直鏈或支鏈烷基硫醇(alkyl thiols)、巰基酸(mercapto acids)或氟化硫醇(fluorinated thiols)等。
本發(fā)明的高分子材料可按照公知方式以整體聚合(bulkpolymerlzation)或溶液聚合(solution polymerization)而合成。溶液聚合是將上述單體先溶在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，溶劑的含量可達(dá)90％，適當(dāng)?shù)娜軇┌ㄓ型?lèi)、醚類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)、胺類(lèi)等，例如丙酮、甲乙酮、乙酸異丙酯、乙醚、乙醇、丁醇、二甲基甲酰胺(DMF)等。此外，本發(fā)明的高分子材料還可使用在鹽水溶液(aqueous brine)中以懸浮聚合(suspensionpolymerization)的方式合成，并以無(wú)機(jī)酸鹽或水溶性有機(jī)聚合物作為穩(wěn)定劑。
將所得的共聚合物(NIP∶VPD＝1∶1摩爾比)溶于去離子水中，固含量20％，在氮?dú)庵幸悦糠昼?℃的加熱速率升溫，以熱差掃描式卡計(jì)(DSC)測(cè)量LCST，并以GPC(gel partition chromatography)測(cè)量其分子量。
依照上述實(shí)驗(yàn)步驟，依次得到NIP∶VPD＝2∶1、10∶1摩爾比的另外二組共聚合物，并測(cè)量其LCST與分子量。所得結(jié)果如表一所示，隨著VPD的比例增加，LCST從37.4℃上升到54.8℃。
表1

實(shí)施例2取5g單體N-異丙基丙烯酰胺(NIP)溶于50g DMF中，慢慢攪拌，使其完全溶解。接著，加入5g單體1-乙烯基-2-吡咯烷酮(VPD)、3.185g丙烯酸(AA)單體及0.15g鏈轉(zhuǎn)移劑3-巰基丙酸(MPA)。升溫至70℃后、加入0.06g起始劑2，2’-偶氮雙異丁腈(AIBN)反應(yīng)5小時(shí)。將反應(yīng)后的溶液濃縮，慢慢滴入乙醚中，過(guò)濾可得淡黃色粉未。
將所得的共聚合物(NIP∶VPD∶AA＝1∶1∶1摩爾比)溶于去離子水中，固含量20％，在氮?dú)庵幸悦糠昼?℃的加熱速率升溫，以熱差掃描式卡計(jì)(DSC)測(cè)量LCST，并以GPC(gel partition chromatography)測(cè)量其分子量。
依照上述實(shí)驗(yàn)步驟，依次得到NIP∶VPD∶AA＝2∶1∶2、2∶1∶4摩爾比的另外二組共聚合物，并測(cè)量其LCST與分子量。所得結(jié)果如表二所示，隨著AA的比例增加，LCST從39.7℃下降到26.1℃。
表2

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所做出的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，包括由下列單體所形成的共聚物5～95重量份N-異丙基丙烯酰胺；0.1～80重量份1-乙烯基-2-吡咯烷酮；以及視需要而定的0.1～30重量份丙烯酸。
2.如權(quán)利要求1所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的濁點(diǎn)介于20～80℃。
3.如權(quán)利要求1所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的分子量介于1000～25000。
4.如權(quán)利要求1所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料是在一鏈轉(zhuǎn)移劑的存在下進(jìn)行共聚合的，且所述鏈轉(zhuǎn)移劑的添加量為所有單體重量的1～10％。
5.如權(quán)利要求4所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為3-巰基丙酸。
6.一種熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的濁點(diǎn)介于36.5～38.5℃，包括由下列單體所形成的共聚物(a)N-異內(nèi)基丙烯酰胺；以及(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮，其中(a)∶(b)的摩爾比約8～10∶1。
7.如權(quán)利要求6所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的分子量介于1000～25000。
8.如權(quán)利要求6所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料是在一鏈轉(zhuǎn)移劑的存在下進(jìn)行共聚合的，且所述鏈轉(zhuǎn)移劑的添加量為所有單體重量的1～10％。
9.如權(quán)利要求8所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為3-巰基丙酸。
10.一種熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的濁點(diǎn)介于36.5～38.5℃，包括由下列單體所形成的共聚物(a)N-異丙基丙烯酰胺；(b)1-乙烯基-2-吡咯烷酮；以及(c)丙烯酸，其中(a)∶(b)∶(c)的摩爾比約1～3∶1∶1～2。
11.如權(quán)利要求10所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的分子量介于1000～25000。
12.如權(quán)利要求10所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料是在一鏈轉(zhuǎn)移劑的存在下進(jìn)行共聚合的，且所述鏈轉(zhuǎn)移劑的添加量為所有單體重量的1～10％。
13.如權(quán)利要求10所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為3-巰基丙酸。
14.一種熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，具有下式 其中n＝5～70；n＝5～70；y＝0～70。
15.如權(quán)利要求14所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的濁點(diǎn)介于20～80℃。
16.如權(quán)利要求14所述的熱敏性水溶性高分子材料，其特征在于，該材料的分子量介于1000～25000。
全文摘要
一種熱敏性水溶性高分子材料，是由下列單體所形成的共聚物(a)5～95重量份N－異丙基丙烯酰胺；(b)0.1～80重量份1－乙烯基－2－吡咯烷酮；以及視需要而定的(c)0.1～30重量份丙烯酸(AA)。此共聚物具有熱可逆水溶的特性，即所謂的環(huán)境感應(yīng)型高分子，或稱(chēng)為智慧型高分子，其水溶液會(huì)因溫度上升至特定溫度(LCST)時(shí)出現(xiàn)沉淀，反之則溶解。通過(guò)改變單體的組成比例可以調(diào)整沉淀的溫度，提高VPD含量可使材料的LCST提升至80℃，并可提高材料的水溶性；提高AA含量可使LCST降低至20℃，并可增加－COOH基的量，使得共聚物具有高度反應(yīng)性。因此，利用控制單體的比例，使該新材料具有可大范圍調(diào)整的LCST，并有大量反應(yīng)基在高分子上。
文檔編號(hào)C08F226/10GK1429851SQ0114564
公開(kāi)日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者林志祥, 陳英茂, 呂玟綾 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院