專利名稱：非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備領域，特別涉及一種非水解可生物 降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備方法。
背景技術：
納米水凝膠(又稱水凝膠納米粒子)是指直徑在幾十到幾百納米的高分子水凝膠 微球，由于其極小的尺寸、超大的表面積(Ig直徑為IOOnm的納米微球的總表面積大約為 60m2)，與一般的水凝膠相比，納米水凝膠表現(xiàn)出極快的外界環(huán)境誘導的收縮和膨脹。具有 生物相容性的納米水凝膠的應用幾乎遍及各個重大領域，如蛋白質及DNA的分離及純化， 非手術可注射的人體組織工程的基體，包覆及攜帶基因及生物大分子藥物用于癌癥和艾滋 病的治療，藥物輸送與釋放，包覆大量的磁性金屬離子用于新型核磁共振的造影試劑及納 米生物傳感器，日益引起世界范圍內科學家的強烈關注。水相環(huán)境下納米水凝膠合成體系 的研究主要集中在聚異丙基丙烯酰胺、聚N-乙烯基己內酰胺、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸寸。聚丙烯酸納米水凝膠通常采用“油包水”反相微乳聚合方法合成(Pelton，R. Adv. ColloidInterface Sci. 2000，85，1 ；Kriwet，B. ；Walter, Ε. ；Kissel，Τ. J. Controlled Release 1998，56，149 ；Somasundaran，P ；Chkraborty, S. US Patent Application 2008/0260851)但這種聚合體系含有大量的有機溶劑和乳化劑，難以從已制得的水凝膠納 米粒子中完全清除，因殘留的有機溶劑和乳化劑對人體有害，反相微乳液聚合而成的聚丙 烯酸納米水凝膠不能在人體內使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米 水凝膠的制備方法，本發(fā)明合成操作簡便易行，所制備的聚丙烯酸水凝膠納米粒子尺寸較 小且尺寸可控，并具有良好的分散性。本發(fā)明的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備方法，包括(1)室溫下將羥丙基纖維素粉末溶于去離子水并磁力攪拌1 5天，配制成 Iwt% IOwt%的均相溶液作為備用；(2)將10 50g上述配制成的HPC溶液、0. 1 1. 2g交聯(lián)劑一起溶于44. 6 89. 4g去離子水并磁力攪拌15 60min ；(3)加入0. 05 0. 2g引發(fā)劑、0. 4 4g丙烯酸類單體并在氮氣保護下磁力攪拌 15 60min ；(4)反應溫度升至20 40°C并加入0. 05g加速劑引發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用堿調至pH = 6 8，并透析1 7天，最后制 得非水解可生物降解聚丙烯酸納米水凝膠。所述步驟(1)中的羥丙基纖維素的平均分子量為Mw= 1.0X IO3 1.0X 106。
所述步驟(2)中的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺Bis、聚乙二醇PEG、乙醇酸 β-酯或(聚乙二醇-聚乳酸-聚乙二醇)二丙烯酸酯。所述步驟(3)中的引發(fā)劑為過硫酸銨APS或過硫酸鉀KPS，丙烯酸類單體為丙烯酸 或甲基丙烯酸。所述步驟(4)中的加速劑為四甲基乙二胺TEMED或亞硫酸鈉。所述步驟(5)中的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。本發(fā)明提出并實現(xiàn)了利用高分子氫鍵可降低熱敏性羥丙基纖維素相轉變溫度，在 羥丙基纖維素水溶液中可以無皂化乳液聚合，避免了通常采用的“油包水”反相微乳聚合方 法因含有大量的有機溶劑和乳化劑，水凝膠產品不能在人體內使用的問題，真正實現(xiàn)了納 米水凝膠的綠色合成。陳述的聚合物納米水凝膠的合成方法，是以水溶液中羥丙基纖維素 作為模板，用某些含有羧基的生物相容性單體水相合成聚合物，高分子聚合物上的羧基與 羥丙基纖維素上的羥基之間形成強烈的氫鍵作用，“搶奪” 了羥丙基纖維素與水分子之間的 相互作用，使得羥丙基纖維素不溶于水而收縮成納米微球，從而使依附在羥丙基纖維素上 的高分子聚合物(同樣也收縮成納米微球)并交聯(lián)成納米水凝膠。羥丙基纖維素是一種熱 敏性的天然高分子，即在室溫下溶于水呈均相透明的高分子水溶液，當溫度升至41°C，羥丙 基纖維素變成不溶于水的高分子，此類熱敏性的天然高分子還包括甲基羥丙基纖維素和甲 基纖維素。動態(tài)光散射(DLS)測試表征了水凝膠納米粒子的平均粒徑為79. 4nm，其尺寸及 尺寸分布見圖2。圖3和圖4分別代表羥丙基纖維素和聚丙烯酸的紅外光譜圖，含有羥丙基 纖維素的聚丙烯酸納米水凝膠的紅外光譜見圖5。有益效果(1)該方法工藝簡單、綠色環(huán)保、所需設備簡單易得、并可實現(xiàn)批量生產，制備過程 中避免了使用大量的有機溶劑和乳化劑，真正實現(xiàn)了納米水凝膠的綠色合成；(2)所制備的聚丙烯酸水凝膠納米粒子尺寸較小且尺寸可控，并具有良好的分散 性。


圖1為以羥丙基纖維素為模板無皂化合成聚丙烯酸納米水凝膠的示意圖；圖2為動態(tài)光散射(DLS)測試的聚丙烯酸納米水凝膠尺寸及尺寸分布3為羥丙基纖維素的紅外光譜圖；圖4為聚丙烯酸的紅外光譜圖；圖5為含有羥丙基纖維素的聚丙烯酸納米水凝膠的紅外光譜圖；圖6為實施例1的動態(tài)光散射(DLS)測試的聚丙烯酸納米水凝膠尺寸及尺寸分布 圖；圖7為實施例7的動態(tài)光散射(DLS)測試的聚丙烯酸納米水凝膠尺寸及尺寸分布 圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將10g2% (wt% )HPC溶液和0. IgBis溶于88g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 2g丙烯酸和0. 05gAPS,在N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至28°C，加入0. 05gTEMED引發(fā) 聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，所得 的聚丙烯酸納米水凝膠尺寸及尺寸分布見圖6。實施例2 本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (wt% )HPC溶液和0. 2gBis溶于78g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 2g丙烯酸和0. 05g APS』N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至28°C，加入0. 05gTEMED引 發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制 得聚丙烯酸納米水凝膠。實施例3本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (wt% )HPC溶液和0. 2gBis溶于78g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 2g丙烯酸和0. 05g APS』N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至38°C，加入0. 05gTEMED引 發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制 得聚丙烯酸納米水凝膠。實施例4本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將10g2% (wt% )HPC溶液和0. IgBis溶于86g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 4g丙烯酸和0. 2gAPS』N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至28°C，加入0. 05gTEMED引發(fā) 聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制得 聚丙烯酸納米水凝膠。實施例5本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (wt% )HPC溶液和0. 2gBis溶于78g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 2g丙烯酸和0. 05g APS』N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至26°C，加入0. 05gTEMED引 發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制 得聚丙烯酸納米水凝膠。實施例6本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw =
5·1. OX IO5)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt%)的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將50g2% (wt% )HPC溶液和0. 3gBis溶于48g去離子水，攪拌15min ； (3)加 Λ 2g丙烯酸和0. 05g APS』N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至28°C，加入0. 05gTEMED引 發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制 得聚丙烯酸納米水凝膠。
實施例7 本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1.0X105)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt% )的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (wt% )HPC溶液和0.4gPEG溶于79. 2g去離子水，攪拌15min ； (3) 加入0. 4g丙烯酸和0. 05gAPS,在N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至26°C，加入0. 05gTEMED 引發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天， 所得的聚丙烯酸納米水凝膠尺寸及尺寸分布見圖7。實施例8本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1.0X105)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt% )的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (wt% ) HPC溶液和IgPEG溶于79g去離子水，攪拌15min ； (3)加入 0. 4g丙烯酸和0. 05gAPS,在N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至26°C，加入0. 05gTEMED引發(fā) 聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制得 聚丙烯酸納米水凝膠。實施例9本實施方式步驟如下(1)將2g羥丙基纖維素(HPC)粉末(average Mw = 1.0X105)溶于98g去離子水，磁力攪拌1天，配制成2% (wt% )的HPC均相溶液；(2)在 室溫條件下，將20g2% (Wt%)HPC溶液和1.2gPEG溶于78.8去離子水，攪拌15min;(3)加 Λ 0. 4g丙烯酸和0. 05gAPS,在N2保護下攪拌45min ； (4)升溫至26°C，加入0. 05gTEMED引 發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用氫氧化鈉中和至pH = 7后透析2天，制 得聚丙烯酸納米水凝膠。
權利要求
一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備方法，包括(1)室溫下將羥丙基纖維素粉末溶于去離子水并磁力攪拌1～5天，配制成1wt％～10wt％的均相溶液作為備用；(2)將10～50g上述配制成的HPC溶液、0.1～1.2g交聯(lián)劑一起溶于44.6～89.4g去離子水并磁力攪拌15～60min；(3)加入0.05～0.2g引發(fā)劑、0.4～4g丙烯酸類單體并在氮氣保護下磁力攪拌15～60min；(4)反應溫度升至20～40℃并加入0.05g的加速劑引發(fā)聚合反應；(5)將制得的聚丙烯酸納米水凝膠用堿調至pH＝6～8，并透析1～7天，最后制得非水解可生物降解聚丙烯酸納米水凝膠。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制 備方法，其特征在于所述步驟(1)中的羥丙基纖維素的平均分子量為Mw= 1.0X103 1. OXlO6O
3.根據(jù)權利要求1所述的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備 方法，其特征在于所述步驟(2)中的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺Bis、聚乙二醇 PEG、乙醇酸β-酯或(聚乙二醇-聚乳酸-聚乙二醇)二丙烯酸酯。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備 方法，其特征在于所述步驟(3)中的引發(fā)劑為過硫酸銨APS或過硫酸鉀KPS，丙烯酸類單 體為丙烯酸或甲基丙烯酸。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備 方法，其特征在于所述步驟(4)中的加速劑為四甲基乙二胺TEMED或亞硫酸鈉。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備 方法，其特征在于所述步驟(5)中的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非水解可生物降解丙烯酸類聚合物納米水凝膠的制備方法，以水溶液中羥丙基纖維素作為模板，用某些含有羧基的生物相容性單體水相聚合成聚合物，含有羧基的高分子聚合物與羥丙基纖維素可以通過羧基與羥基之間的氫鍵相互作用導致羥丙基纖維素不溶于水而收縮成納米微球，從而使依附在羥丙基纖維素上的高分子聚合物交聯(lián)成納米水凝膠。本發(fā)明合成操作簡便易行，所制備的聚丙烯酸水凝膠納米粒子尺寸較小且尺寸可控，并具有良好的分散性。
文檔編號C08L33/02GK101962463SQ20101028488
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)明者廖謙, 邱高, 魯希華 申請人:東華大學