專利名稱：含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物及其水凝膠和制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物及其水凝膠和制法。
背景技術(shù)：
水凝膠是一種能大量吸水溶脹的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般由親水性的均聚物或共聚物交聯(lián)而成，由于物理或化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)的存在，所以水凝膠不溶于水。在過去的三十多年中，關(guān)于環(huán)境敏感和生理敏感水凝膠的研究大量涌現(xiàn)，此類凝膠引起了研究者的廣泛關(guān)注。環(huán)境敏感水凝膠可以對(duì)外界環(huán)境的微小變化如溫度、pH等產(chǎn)生應(yīng)答，凝膠的性質(zhì)發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，宏觀上表現(xiàn)為體積收縮或溶脹。眾多學(xué)者已將這種獨(dú)特的性質(zhì)用于設(shè)計(jì)各種各樣的生物醫(yī)用裝置，如藥物釋放系統(tǒng)、傳感器、人工肌肉、酶的固定化載體、基因傳輸系統(tǒng)等。
在眾多的環(huán)境敏感水凝膠中，溫度敏感水凝膠是最令人關(guān)注的一類。聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPA)水凝膠是一種典型的溫度敏感水凝膠，其在32℃～34℃之間有一個(gè)相轉(zhuǎn)變溫度，稱為較低臨界溶解溫度(Lower Critical Solution Temperature，LCST)。當(dāng)外界溫度低于LCST時(shí)，PNIPA水凝膠吸水溶脹，此時(shí)水凝膠為無色透明；而當(dāng)外界溫度高于LCST時(shí)，水凝膠劇烈收縮失水，發(fā)生相分離。
人們利用敏感型智能材料來設(shè)計(jì)各種各樣的藥物傳輸系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)外界的環(huán)境參數(shù)來控制藥物的釋放動(dòng)力學(xué)，而溫度敏感水凝膠可能是應(yīng)用的最為廣泛的一類環(huán)境敏感材料。由于溫度敏感水凝膠可以對(duì)外界環(huán)境的溫度變化產(chǎn)生應(yīng)答，發(fā)生收縮或溶脹，產(chǎn)生“開-關(guān)”效應(yīng)，根據(jù)這種特點(diǎn)，研究者設(shè)計(jì)了不同的釋放裝置。溫度敏感水凝膠用于設(shè)計(jì)蛋白藥物的釋放體系時(shí)，有以下優(yōu)點(diǎn)1.保護(hù)藥物免受外界惡劣環(huán)境，如酶解、低pH的破壞；2.控制人體對(duì)藥物的反應(yīng)；3.通過控制外界環(huán)境調(diào)節(jié)凝膠的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步做到“按需釋放”。Peppas等用EGDMA為交聯(lián)劑，合成了NIPA和甲基丙烯酸(MAAc)的共聚凝膠，用于肝素在血栓位置的刺激釋放，研究者也實(shí)現(xiàn)了溶栓酶的脈沖釋放。Kim等最近報(bào)道了P(NIPA-co-BMA-co-AAc)三聚物凝膠釋放人降血鈣素用于治療骨質(zhì)疏松癥和血鈣過多。Park研究了溫度/pH敏感水凝膠對(duì)胰島素的釋放，發(fā)現(xiàn)藥物釋放曲線和凝膠孔徑有關(guān)。
水凝膠用于釋放活性大分子藥物時(shí)，同樣也存在著一些問題，如負(fù)載藥物時(shí)，若將單體和蛋白藥物混合后引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高能物質(zhì)如自由基等會(huì)使蛋白變性，并且藥物分子很難從凝膠內(nèi)部完全釋放出來；若將合成好的凝膠放入藥液中浸泡吸收，由于尺寸排除效應(yīng)的影響，使得載藥率非常低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物及其水凝膠和制法，該方法條件溫和，所得水凝膠可以很好地負(fù)載生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的固定化載體或藥物釋放載體。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物，由下法制得按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-異丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作為單體，并按1g∶1-10ml的比例將單體溶于1，4-二氧六環(huán)，以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑在65-90℃引發(fā)聚合反應(yīng)2-24小時(shí)，得到含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物。
上述單體與引發(fā)劑的用量重量比為100∶0.2-5。
溫度敏感水凝膠，由下法制得將上述含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物溶于水制得濃度為5-60wt％的溶液，然后加入磷酸鹽/檸檬酸鹽的混合溶液至溶液的pH值3-12，水解交聯(lián)反應(yīng)12-72小時(shí)，得到溫度敏感水凝膠。
本發(fā)明聚合物合成簡(jiǎn)單；凝膠合成條件溫和(pH值接近中性)，合成凝膠產(chǎn)生的小分子醇的數(shù)量少，不會(huì)破壞生物分子的活性；凝膠的溶脹性能可以通過控制制備條件調(diào)控；所得凝膠具有刺激響應(yīng)性能。本發(fā)明所得水凝膠可以很好地負(fù)載生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的負(fù)載、固定化載體或藥物控制釋放載體。


圖1是本發(fā)明所得聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的HNMR譜圖；圖2是本發(fā)明中所合成凝膠的溶脹率對(duì)溫度的關(guān)系曲線，說明凝膠的溫度敏感性；圖3是活性蛋白從凝膠釋放動(dòng)力學(xué)曲線；圖4是釋放出的小牛血清蛋白的凝膠電泳圖。
具體實(shí)施例方式
1.聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]的合成原料及投料量N-異丙基丙烯酰胺(g)∶(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷(ml)＝99∶1-1∶50(簡(jiǎn)稱單體)單體(g)∶過氧化苯甲酰(g)＝100∶0.2-100∶5單體(g)∶二氧六環(huán)(ml)＝1∶1-10取N-異丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷溶于二氧六環(huán)，加入過氧化苯甲酰，通氮?dú)?5-60min，于65-90℃下引發(fā)反應(yīng)2-24小時(shí)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，用四氫呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氫呋喃溶解，石油醚沉降，干燥備用。
2.溫度敏感水凝膠的合成將聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]溶于水得到一定濃度(質(zhì)量百分比5％-60％)的溶液，然后加入磷酸鹽/檸檬酸鹽的混合溶液，調(diào)整溶液的pH值3-12，水解交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行12-72小時(shí)。
3.以溫度敏感水凝膠為載體對(duì)生物活性分子的負(fù)載和釋放將聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]溶于水，加入一定量的生物活性大分子(聚合物∶生物活性大分子＝10∶0.5-5)；然后加入磷酸鹽/檸檬酸鹽的混合溶液，調(diào)整溶液的pH值3-12，水解交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行12-72小時(shí)得到含生物活性分子的凝膠。將上述凝膠放入一定量的磷酸鹽磷酸鹽緩沖溶液，測(cè)定釋放出來的生物活性分子數(shù)量和活性。
本發(fā)明采用兩步法制備生物分子載體，先合成的線性聚合物具有水溶性、無毒、可控制分子量等優(yōu)點(diǎn)；水解交聯(lián)成凝膠時(shí)，在非常溫和的條件下(室溫，生理pH值)進(jìn)行，產(chǎn)生的副產(chǎn)物小分子醇濃度極低，因而可以保持活性大分子的活性，且負(fù)載率和釋放速率可以調(diào)控。
實(shí)施例11.聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-異丙基丙烯酰胺2g，(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷0.3mL溶于15ml二氧六環(huán)，加入50mg過氧化苯甲酰，通氮?dú)?0min，于80℃下引發(fā)反應(yīng)4小時(shí)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，用四氫呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氫呋喃溶解，石油醚沉降，干燥得到聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]。聚合物分子量45000，分散度3.2。核磁圖譜見圖1δ3.90-4.05(m，CH(CH3)2+OCH2(CH2)2)，3.47(s，Si(OCH3)3)，2.1-2.3(d，CHCO)，1.83(d，CH2CH2CH2-)，1.6-1.7(m，CH2CHCHH2)，1.0-1.2(d，CH(CH3)2，C-CH3).
2.溫度敏感水凝膠的合成取聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]200mg，加入1ml水，于室溫下溶解，然后加入0.5ml磷酸鹽/檸檬酸緩沖溶液，使反應(yīng)液的pH值為6，反應(yīng)于室溫下進(jìn)行24h，取出凝膠在水中浸泡除去雜質(zhì)。將凝膠在不同溫度的水中放置24h，取出稱重，測(cè)定凝膠的溫度敏感性。圖2是凝膠溶脹率和溫度的關(guān)系圖，可看出凝膠在低溫下溶脹，高溫下收縮，其相變溫度在29℃。
實(shí)施例21.聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-異丙基丙烯酰胺2g，(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷3mL溶于50ml二氧六環(huán)，加入100mg過氧化苯甲酰，通氮?dú)?0min，于65℃下引發(fā)反應(yīng)24小時(shí)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，用四氫呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氫呋喃溶解，石油醚沉降，干燥備用，聚合物分子量41000，分散度3.0；核磁圖譜的各吸收峰位移與圖1類似。
2.溫度敏感水凝膠的合成取聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]100，200，500mg，加入1ml水，于室溫下溶解，然后加入0.5ml磷酸鹽/檸檬酸緩沖溶液，使反應(yīng)液的pH值為6，反應(yīng)于室溫下進(jìn)行72h，取出凝膠在水中浸泡除去雜質(zhì)。凝膠的室溫時(shí)的溶脹率分別為14，10，5。
實(shí)施例31.聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-異丙基丙烯酰胺2g，和20ml(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷溶于50ml二氧六環(huán)，加入過氧化苯甲酰，通氮?dú)獬?，?5℃下引發(fā)反應(yīng)2-24小時(shí)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，用四氫呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氫呋喃溶解，石油醚沉降，(通過控制單體與引發(fā)劑過氧化苯甲酰的用量比和引發(fā)時(shí)間)可得到分子量在5000-100,000的聚合物；核磁圖譜的各吸收峰位移與圖1類似。
2.溫度敏感水凝膠的合成取聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]100mg，200mg，500mg，加入1ml水，于室溫下溶解，然后加入0.5ml磷酸鹽/檸檬酸緩沖溶液，使反應(yīng)液的pH值為6，反應(yīng)于室溫下進(jìn)行72h，得溫度敏感水凝膠，取出凝膠在水中浸泡除去雜質(zhì)。室溫時(shí)所得凝膠的溶脹率在5-15之間。
實(shí)施例4生物活性分子的負(fù)載和釋放取實(shí)施例1得到的聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷]200mg，小牛血清蛋白50mg，加入1ml水，于室溫下溶解，然后加入0.5ml磷酸鹽/檸檬酸緩沖溶液，使反應(yīng)液的pH值為6，反應(yīng)于室溫下進(jìn)行24h，取出凝膠在水中浸泡洗去小分子雜質(zhì)。
將以上負(fù)載小牛血清蛋白的凝膠放入20ml的水中，隔一定時(shí)間更換水溶液，同時(shí)測(cè)定小牛血清蛋白的釋放量。圖3為小牛血清蛋白的釋放動(dòng)力學(xué)，小牛血清蛋白分子(BSA)在46h內(nèi)釋放完全。從圖4的蛋白質(zhì)電泳，沒有發(fā)現(xiàn)小牛血清蛋白任何性狀的變化(圖4中a為標(biāo)準(zhǔn)BSA、b為釋放2小時(shí)、c為釋放5.5小時(shí)、d為釋放11小時(shí)、e為釋放25.5小時(shí)的電泳圖)?？梢姴捎帽景l(fā)明控制釋放生物大分子時(shí)，負(fù)載率高，可以很好地保持生物活性分子的活性。
實(shí)施例5生物活性分子的負(fù)載和釋放取實(shí)施例2得到的聚[N-異丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]100mg，小牛血清蛋白10或50mg，加入1ml水，于室溫下溶解，然后加入0.5ml磷酸鹽/檸檬酸緩沖溶液，使反應(yīng)液的pH值為6，反應(yīng)于室溫下進(jìn)行72h，取出凝膠在水中浸泡洗去小分子雜質(zhì)。
將以上負(fù)載小牛血清蛋白的凝膠放入20ml的水中，隔一定時(shí)間更換水溶液，同時(shí)測(cè)定小牛血清蛋白的釋放量。小牛血清蛋白在9、28小時(shí)內(nèi)釋放完全。
權(quán)利要求
1.含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物，其特征在于，由下法制得按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-異丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作為單體，并按1g∶1-10ml的比例將單體溶于1，4-二氧六環(huán)，以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑在65-90℃引發(fā)聚合反應(yīng)2-24小時(shí)，得到含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物。
2.權(quán)利要求1所述的聚合物的合成方法，其特征在于按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-異丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯?；?丙基三甲氧基硅烷作為單體，并按1g∶1-1ml的比例將單體溶于1，4-二氧六環(huán)，以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑在65-90℃引發(fā)聚合反應(yīng)2-24小時(shí)，得到側(cè)鏈含硅氧烷的線性溫敏聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于單體與引發(fā)劑的用量重量比為100∶0.2-5。
4.溫度敏感水凝膠，其特征在于，由下法制得將權(quán)利要求1所述含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物溶于水制得濃度為5-60wt％的溶液，然后加入磷酸鹽/檸檬酸鹽的混合溶液至溶液的pH值為3-12，水解交聯(lián)反應(yīng)12-72小時(shí)，得到溫度敏感水凝膠。
5.權(quán)利要求4所述的溫度敏感水凝膠的制備方法，其特征是將權(quán)利要求1所述含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物溶于水制得濃度為5-60wt％的溶液，然后加入磷酸鹽/檸檬酸鹽的混合溶液至溶液的pH值為3-12，水解交聯(lián)反應(yīng)12-72小時(shí)，得到溫度敏感水凝膠。
6.權(quán)利要求4所述的溫度敏感水凝膠在生物活性分子的負(fù)載、固定化或控制釋放中的應(yīng)用。
全文摘要
含硅氧烷側(cè)鏈的溫度敏感線性聚合物以N－異丙基丙烯酰胺和(γ－甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作為單體，溶于1，4－二氧六環(huán)，以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑在65－90℃引發(fā)聚合反應(yīng)2－24小時(shí)，得到溫度敏感線性聚合物。將上述聚合物溶于水調(diào)pH值3－12，水解交聯(lián)反應(yīng)12－72小時(shí)，得到溫度敏感水凝膠。本發(fā)明聚合物合成簡(jiǎn)單；凝膠合成條件溫和(pH值接近中性)，合成凝膠產(chǎn)生的小分子醇的數(shù)量少，不會(huì)破壞生物分子的活性；凝膠的溶脹性能可以通過控制制備條件調(diào)控；所得凝膠具有刺激響應(yīng)性能。本發(fā)明所得水凝膠可以很好地負(fù)載生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的負(fù)載、固定化載體或藥物控制釋放載體。
文檔編號(hào)C08J3/02GK1648141SQ20041006131
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者卓仁禧, 張建濤, 黃世文 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)