專利名稱：高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠及合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水凝膠及合成方法，具體涉及一種高溶脹性 雙重響應(yīng)水凝膠及合成方法。
背景技術(shù)：
隨著生命科學(xué)和高分子材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，智能水凝 膠由于自身所具有的獨(dú)特性質(zhì)，越來越受到人們的重視，特 別在制備人工器官和藥物釋控制放系統(tǒng)等生物醫(yī)學(xué)等方面。
智能水凝膠能感知環(huán)境變化，如溫度、pH值、溶劑組成、 離子濃度等的微小變化，其體積產(chǎn)生不連續(xù)的變化，即體積 相轉(zhuǎn)變。
溫度及pH雙重敏感智能高分子凝膠材料在生物醫(yī)學(xué)等 方面有著廣闊應(yīng)用前景。pH和溫度變化在藥物可控釋放過程 中是最容易得到又便于操作的兩種剌激信號，也是生理、生 物和化學(xué)系統(tǒng)中的兩個重要因素。在眾多的智能水凝膠中聚 (N—異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm沐凝膠是一種最典型的 對溫度敏感型的高分子智能凝膠材料，在32t左右水溶液中 有一個較低臨界溶解溫度(LSCT)。當(dāng)環(huán)境溫度高于LSCT，水凝膠劇烈收縮失水，當(dāng)環(huán)境溫度低于LSCT，水凝膠重新 溶脹，發(fā)生可逆性相轉(zhuǎn)變。羧甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan， CMCS)是殼聚糖經(jīng)羧甲基化反應(yīng)后得到的一類甲殼 素衍生物，具有生物相容性、生物可降解性、水溶性、保濕 性、安全無毒性、抗菌性等優(yōu)良性能的天然高分子材料。它 的分子中含有弱堿陽離子(-NH3+)基團(tuán)，又含有弱酸陰離子 (-COO')基團(tuán)，是一種兩親性聚電解質(zhì)，具有特殊的pH敏 感性。在環(huán)境pH發(fā)生變化時(shí)會接受或給予質(zhì)子，親水/疏水 性發(fā)生變化，導(dǎo)致凝膠的溶脹率也變化。如在恒定的溫度下， 當(dāng)pH值大于5.5時(shí)，凝膠的溶脹率隨pH值的增大而增大。 而在pH值小于5.5，凝膠的溶脹率隨pH值的減小而增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溶脹性雙重水響應(yīng)水凝 膠及合成方法，通過N—異丙基丙烯酰胺與羧甲基殼聚糖接 枝聚合得到水凝膠，此種方法合成的水凝膠具有很高的溶脹
性能及良好的溫度和pH敏感性能，具有對生物體無毒性、
良好的生物相容性和生物可降解性，可應(yīng)用于藥物釋放體 系、酶的固定、蛋白質(zhì)分離和純化等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該水凝膠具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)
式j(luò)DCH2COOH
本發(fā)明的水凝膠的合成方法就是通過N—異丙基丙烯酰 胺、引發(fā)劑、羧甲基殼聚糖在二次蒸餾水中無氧的條件下加 熱接枝聚合得到PNIPAAm-g-CMCS水凝膠。
本發(fā)明的水凝膠的合成方法中，羧甲基殼聚糖還可以是 海藻酸鈉、氨基酸。
本發(fā)明的水凝膠的合成方法中，引發(fā)劑為過硫酸銨、 偶氮二異丁腈、N，N，N'，N'—四甲基乙二胺、硝酸鈰銨。
本發(fā)明的水凝膠的合成方法包括以下具體步驟1、依 羧甲基殼聚糖計(jì)，將質(zhì)量比2-3: 100-400的羧甲基殼聚糖和 單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)溶解在質(zhì)量比2-3: 2-4 的蒸餾水中，待單體和羧甲基殼聚糖充分溶解后把溶液加入 到反應(yīng)器中，攪拌，通氮?dú)?0-60 min除去體系中的氧氣；
2、依羧甲基殼聚糖計(jì)，將質(zhì)量比2-3: 1-2的過硫酸銨溶解在蒸餾水中形成水溶液倒入上述反應(yīng)器中，再通氮?dú)?0 min，將反應(yīng)器密封置于恒溫水浴，溫度60—85。C接枝聚合， 反應(yīng)3—5h，整個溶液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入3(TC真空干燥箱真 空干燥20—35h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi) 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā) 劑等物質(zhì)；
4、 用丙酮多次沖洗粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h， 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、 引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到40—5(TC消脹，溶脹消脹重復(fù) 多次，最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥 48 h，至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、所合成的接枝水凝膠具有生 物相容性、生物可降解性、溫度和pH敏感性，對于不同給 藥途徑和目的提供了更多的選擇，可以減少藥物的副作用而 達(dá)到定向釋放的目的。
2、 水凝膠有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相互貫通，很大程度上減 少了水分子在水凝膠中的擴(kuò)散阻力，同時(shí)也為水分子提供了 更大的容納空間，具有大的孔徑結(jié)構(gòu)，較好的溶脹性能，比 傳統(tǒng)的合成的水凝膠具有更高的溶脹率。
3、 接枝水凝膠相轉(zhuǎn)變溫度未發(fā)生改變，對溫度的響應(yīng) 更加敏感，用差示掃描量熱儀(DSC)測得的2種水凝膠的 LCST都在32r左右，并沒有明顯的差異。4、 凝膠合成方法安全可靠、操作簡單，材料易得，反 應(yīng)條件溫和，反應(yīng)介質(zhì)為水，后處理簡便。
5、 凝膠的溶脹性具有可逆性，可以反復(fù)溶脹和消脹， 凝膠的溶脹性能沒有發(fā)生改變。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。應(yīng) 理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方 式限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例l:
1、 將0.5g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和10mg 羧甲基殼聚糖溶解在10 ml的蒸餾水中，待單體和羧甲基殼 聚糖充分溶解后把溶液加入到50ml三頸燒瓶，攪拌，通氮 氣30min除去體系中的氧氣；
2、 將5mg過硫酸銨溶解在2ml蒸餾水中形成水溶液， 倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min，將三頸燒瓶密封置 于恒溫水浴，溫度6(TC接枝聚合，反應(yīng)5h，整個溶液由無 色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入3(TC真空干燥箱真 空干燥20h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi)有接 枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑等 物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h， 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到40。C消脹，溶脹消脹重復(fù)二次， 最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例2:
1、 將1.25g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和 12.5mg羧甲基殼聚糖溶解在15 ml的蒸餾水中，待單體和羧 甲基殼聚糖充分溶解后把溶液加入到50 ml三頸燒瓶，攪拌， 通氮?dú)?5min除去體系中的氧氣；
2、 將7.5 mg過硫酸銨溶解在2 ml蒸餾水中形成水溶液， 倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min，將三頸燒瓶密封置 于恒溫水浴，溫度控制在72.5"C接枝聚合，反應(yīng)4 h，整個 溶液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到3(TC真空干燥箱 真空干燥27.5h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi) 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā) 劑等物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h, 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、 引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到45。C消脹，溶脹消脹重復(fù)三次， 最后將凝膠放在表面皿中，在40。C真空干燥箱中干燥48 h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例3:
1、將2g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和15mg羧甲基殼聚糖溶解在20 ml的蒸餾水中，待單體和羧甲基殼 聚糖充分溶解后把溶液加入到50ml三頸燒瓶，攪拌，通氮 氣60min除去體系中的氧氣；
2、 將10 mg過硫酸銨溶解在2 ml蒸餾水中形成水溶液， 倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min，將三頸燒瓶密封置 于恒溫水浴，溫度控制在85。C接枝聚合，反應(yīng)3h，整個溶 液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到3(TC真空干燥箱 真空干燥35h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi)有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑 等物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h， 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、 引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到50。C消脹，溶脹消脹重復(fù)三次， 最后將凝膠放在表面皿中，在40。C真空干燥箱中干燥48 h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例4:
1、 將0.5的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和10mg 海藻酸鈉溶解在10ml的蒸餾水中，待單體和羧海藻酸鈉充 分溶解后把溶液加入到50 ml三頸燒瓶，攪拌，通氮?dú)?0 min 除去體系中的氧氣；
2、 將5mg過硫酸鉀溶解在2mL蒸餾水中形成水溶液， 倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min，將三頸燒瓶密封置于恒溫水浴，溫度控制在6(TC接枝聚合，反應(yīng)5h，整個溶 液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到30。C真空干燥箱 真空干燥20h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi)有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑 等物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h， 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、 引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到40。C消脹，溶脹消脹重復(fù)三次， 最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例5:
1、 將1.25g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和 12.5mg氨基酸溶解在15 ml的蒸餾水中，待單體和氨基酸充 分溶解后把溶液加入到50 ml三頸燒瓶，攪拌，通氮?dú)?5 min 除去體系中的氧氣；
2、 將7.5mg偶氮二異丁腈溶解在2mL蒸餾水中形成水 溶液，倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min，將三頸燒瓶 密封置于恒溫水浴，溫度控制在80。C接枝聚合，反應(yīng)4h， 整個溶液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到3(TC真空干燥箱 真空干燥27.5h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi) 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引劑等物質(zhì)；
4、用丙酮沖洗三次干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h，使 其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引 發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到50。C消脹，溶脹消脹重復(fù)三次， 最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例6:
1、 將2g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和15mg 氨基酸溶解在20mL的蒸餾水中，待單體和氨基酸充分溶解 后把溶液加入到50ml三頸燒瓶，攪拌，通氮?dú)?0min除去
體系中的氧氣；
2、 將10mg N，N,N'，N'—四甲基乙二胺溶解在2mL蒸餾 水中形成水溶液，倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min， 將裝置密封置于恒溫水浴，溫度控制在85X:接枝聚合，反應(yīng) 4h，整個溶液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到3(TC真空干燥箱 真空干燥35h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi)有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑 等物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h，使 其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引 發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到50。C消脹，溶脹消脹重復(fù)三次， 最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥48h，至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
實(shí)例7: 1、將2g的單體N—異丙基丙烯酰胺(NIPAM) 和15mg氨基酸溶解在20mL的蒸餾水中，待單體和氨基酸 充分溶解后把溶液加入到50ml三頸燒瓶，攪拌，通氮?dú)?0 min除去體系中的氧氣；
2、 將10 mg硝酸鈰銨溶解在2ml蒸餾水中形成水溶液， 倒入上述三頸燒瓶中，再通氮?dú)?0min,將裝置密封置于恒 溫水浴，溫度控制在85"C接枝聚合，反應(yīng)4h，整個溶液由 無色慢慢變?yōu)槿榘咨?br> 3、 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入到3(TC真空干燥箱 真空干燥35h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠，內(nèi)有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引發(fā)劑 等物質(zhì)；
4、 用丙酮沖洗三次干凝膠，放在丙酮中浸泡20 h，使 其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引 發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到50。C消脹，溶脹消脹重復(fù)二次， 最后將凝膠放在表面皿中，在4(TC真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
權(quán)利要求
1. 高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠，其特征在于該水凝膠具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)式
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠的 合成方法，其特征在于該合成方法就是通過N —異丙基丙 烯酰胺、引發(fā)劑、羧甲基殼聚糖在二次蒸餾水中無氧的條件下加熱接枝聚合得到PNIPAAm-g-CMCS水凝膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠的 合成方法，其特征在于羧甲基殼聚糖還可以是海藻酸鈉、 氨基酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠的 合成方法，其特征在于引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、N，N,N',N'—四甲基乙二胺、硝酸鈰銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溶脹性雙重響性水凝膠的 合成方法，其特征在于包括以下具體步驟(1)依羧甲基 殼聚糖計(jì)，將質(zhì)量比2-3: 100-400的羧甲基殼聚糖和單體N 一異丙基丙烯酰胺(NIPAM)溶解在質(zhì)量比2-3: 2-4的蒸餾 水中，待單體和羧甲基殼聚糖充分溶解后把溶液加入到反應(yīng) 器，攪拌，通氮?dú)?0-60 min除去體系中的氧氣；(2) 依羧甲基殼聚糖計(jì)，將質(zhì)量比2-3: 1-2的過硫酸 銨溶解在蒸餾水中形成水溶液，倒入上述反應(yīng)器中，再通氮 氣30min，將反應(yīng)器密封置于恒溫水浴，溫度60—85"C接枝 聚合，反應(yīng)3 — 5h，整個溶液由無色慢慢變?yōu)槿榘咨?3) 反應(yīng)結(jié)束后，將乳白色溶液放入30。C真空干燥箱 真空干燥20-35 h，直至變?yōu)橥该鞯墓腆w，此為粗干凝膠， 內(nèi)有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、引 發(fā)劑等物質(zhì)；(4) 用丙酮多次沖洗粗干凝膠，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶脹，溶解PNIPAAm的同聚物、未反應(yīng)的單體、 引發(fā)劑等雜質(zhì)，溶脹后加熱到40 — 50。C消脹，溶脹消脹重復(fù) 幾次，最后將凝膠放在表面皿中，在40。C真空干燥箱中干燥 48 h，至恒重，得到淡黃色薄片，此薄片就是干膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了高溶脹性雙重響應(yīng)水凝膠及合成方法，就是通過N-異丙基丙烯酰胺、引發(fā)劑、羧甲基殼聚糖在二次蒸餾水中無氧的條件下加熱接枝聚合得到PNIPAAm-g-CMCS水凝膠；引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺或硝酸鈰銨；此種方法合成的水凝膠具有很高的溶脹比及良好的溫度和pH敏感性能，具有對生物體無毒性、良好的生物相容性和生物可降解性，可應(yīng)用于藥物釋放體系、酶的固定、蛋白質(zhì)分離和純化等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
文檔編號C08F251/00GK101519474SQ200810244589
公開日2009年9月2日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者慧 仲, 張厚峰, 張莉莉, 朱玉蘭, 陳賽博 申請人:淮陰師范學(xué)院