專利名稱：對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠及其制備方法，屬于功能高分子水凝膠材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米水凝膠作為一種新型納米材料，同時具備納米顆粒和水凝膠的性質(zhì)。其中刺激響應(yīng)型納米凝膠隨著環(huán)境的微小變化，吸水量也發(fā)生變化，因此又稱為“智能”納米凝膠。 通過設(shè)計選用不同的聚合物，可以實現(xiàn)水凝膠對溫度、PH值、離子強(qiáng)度、光、電場等外界刺激的響應(yīng)。為了使納米水凝膠能夠應(yīng)用到更多領(lǐng)域，如體內(nèi)診斷、藥物控釋、化學(xué)分離、化學(xué)和生物傳感器、光學(xué)材料等，需要合成更加復(fù)雜的聚合物來獲得先進(jìn)的多功能納米材料。溫敏型聚合物是一類在溫度改變下，自身性質(zhì)會發(fā)生相應(yīng)變化的聚合物。這些性質(zhì)包括相態(tài)、形狀、表面能、反應(yīng)速率、滲透速率或識別性能等。溫敏型聚合物是近年發(fā)展起來的一種新型智能材料，由于其對溫度的敏感性，在藥物釋放、固定化酶、物料分離、免疫分析等方面有廣闊的應(yīng)用前景。溫敏型聚合物一般都同時含有疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)。以聚異丙基丙烯酰胺為例， 異丙基丙烯酰胺分子結(jié)構(gòu)中存在疏水基團(tuán)[-CH(CH3)2]及親水基團(tuán)(-C0NH-)兩部分。在低溫時，異丙基丙烯酰胺與水的相互作用主要是酰胺基團(tuán)與水分子間的氫鍵作用，由于氫鍵與范德華力的作用，大分子鏈周圍的水分子將形成一種有氫鍵連接的在低溫下穩(wěn)定的溶劑化殼層，隨著溫度上升到一定溫度，分子內(nèi)及大分子間疏水作用加強(qiáng)形成疏水層，部分氫鍵被破壞，大分子鏈的溶劑化殼層被破壞，水分子從溶劑化層析出，表現(xiàn)為相變，產(chǎn)生溫敏性。 發(fā)生相變時的溫度稱為臨界相轉(zhuǎn)變溫度(H Dautzenberg, Y Gao, M Hahn, Langmuir, 2000, 16 9070 9081.)。氧化還原響應(yīng)型聚合物通常在其化合物結(jié)構(gòu)中含有二硫鍵(S-S)。二硫鍵會在還原劑的作用下被還原為巰基(-SH)，從而使聚合物在水溶液中發(fā)生迅速降解。同時這個反應(yīng)為可逆的，在氧化劑的存在下，巰基可以被氧化為二硫鍵?！岸蜴I-巰基”的反應(yīng)對于保持正常的細(xì)胞功能具有非常重要的作用。谷胱甘肽(GSH)是生物體中最豐富的低分子量生物硫醇。因此谷胱甘肽和其氧化產(chǎn)物(GSSG)在生物細(xì)胞中組成了人體最重要的氧化還原對。在體液、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞表面存在著能夠使GSSG穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，因此在上述區(qū)域存在著較高的氧化電位。同時，在細(xì)胞內(nèi)部，由于GSH還原酶的存在，使得GSH在細(xì)胞內(nèi)部富集，從而維持了細(xì)胞內(nèi)部的還原電位。細(xì)胞內(nèi)外的氧化還原電位差可以被設(shè)計用來生物物質(zhì)的傳遞(Y M Go, D P Jones, Bi°C himicaet Biophysica Acta, 2008,1780(11) :1273 1290 ；G ffu, Y Z Fang, S Yang, Journal of Nutrition, 2004,134(3) :489-92)。同時，腫瘤組織的還原環(huán)境要比正常組織更強(qiáng)。因此，還原響應(yīng)型聚合物在腫瘤藥物的控釋領(lǐng)域具有很廣闊的應(yīng)用前景。目前對刺激響應(yīng)型聚合物的研究主要集中在溫度刺激響應(yīng)型聚合物和pH刺激響應(yīng)型聚合物，很少有涉及具有對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的雙刺激響應(yīng)型納米水凝膠的研究，且制得的聚合物的生物可降解性和生物毒性都有待優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠及其制備方法，所述的水凝膠具有對溫度與氧化還原刺激響應(yīng)特點。其制備方法為可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合法(RAFT法)，過程簡單。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的一種對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠，其特征在于，該水凝膠的分子結(jié)構(gòu)式如式1所示，命名為“二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”(SS-DexPNI)，
權(quán)利要求
1. 一種對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠，其特征在于，該水凝膠的分子結(jié)構(gòu)式如式1所示，命名為“二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”，
2. 一種制備權(quán)利要求1所述的對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠的方法，其特征在于包括如下步驟(1)鏈轉(zhuǎn)移引發(fā)劑2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸的合成 按照十二硫醇、三辛基甲基氯化銨及氫氧化鈉之間的摩爾比為1 (0.02 0. 04) 1，將十二硫醇和三辛基甲基氯化銨溶于丙酮中，并在氮氣保護(hù)下，在溫度10°C 15°C，滴加質(zhì)量濃度為50%氫氧化鈉溶液形成A反應(yīng)液；攪拌下，向A反應(yīng)液中滴加二硫化碳與丙酮按摩爾比為1 2 3的混合溶液，該混合溶液的體積量與A反應(yīng)液的體積量比為1 5 6，滴加完畢形成B反應(yīng)液；持續(xù)攪拌下，再按B反應(yīng)液中的二硫化碳與氫氧化鈉摩爾比為1 4 5，向B反應(yīng)液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%氫氧化鈉溶液形成C反應(yīng)液，室溫攪拌1 后向C反應(yīng)液中加入去離子水形成D反應(yīng)液，去離子水的體積量為C反應(yīng)液的體積量的0. 5 1倍，攪拌下，再向D反應(yīng)液中加入質(zhì)量濃度為30% 35%的鹽酸，其中鹽酸的體積量為D反應(yīng)液的體積量的0. 1 0. 2倍，最終得到黃色固體，該黃色固體用正己烷重結(jié)晶，所得黃色晶體即為2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸(DTM)； 0)2十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖的合成在氮氣保護(hù)下，將步驟(1)合成的2-十二烷基三硫代羰基2甲基丙酸溶解于二氯甲烷中，在室溫下攪拌，向2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸溶液中滴加乙二酰氯溶液，在溫度50°C滴加至反應(yīng)溶液變成深紅色為止，得到深紅色反應(yīng)溶液A ；按照葡聚糖、二甲基氨基吡啶及三乙胺的質(zhì)量比為1 (0.3 0.4) (0.3 0.4)，將該三種化合物溶于無水二甲亞砜中配制成混合溶液B，再按混合溶液B的葡聚糖用量與深紅色反應(yīng)溶液A的DTM用量的質(zhì)量比為1 (0. 4 0. 55)將混合溶液B加入到深紅色反應(yīng)溶液A中，升溫至80°C，反應(yīng)24h后加入乙醇，析出沉淀2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖粗品，用截留分子量(MWCO)為3500的透析袋透析3天進(jìn)行純化，冷凍干燥即得2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖；(3)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成按照2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖、異丙基丙烯酰胺及水溶性偶氮引發(fā)劑的質(zhì)量比為1 (0.25 4) (0.3 0.5)，首先將2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖溶解在去離子水中，配制為濃度為5 15mg/ml的溶液，然后加入異丙基丙烯酰胺，及加入偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸和偶氮二異丙基咪唑啉水溶性偶氮引發(fā)劑的其中一種，在溫度60 80°C反應(yīng)4h，將反應(yīng)液用截留分子量(MWCO)為14000的透析袋透析3天，即得聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖；(4)聚合物二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成按照聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖、異丙胺及二硫蘇糖醇質(zhì)量比為1 (0.5 2) (0.1 0.5)，首先將聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖加入去離子水中，配制為濃度為 5 15mg/ml的溶液，然后在氮氣保護(hù)、室溫和攪拌的條件下，向溶液中加入異丙胺、二硫蘇糖醇反應(yīng)池，得到巰基聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖溶液，該溶液在溫度50°C下與氧反應(yīng) 12h，最終得到二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠及其制備方法。所述納米水凝膠，命名為“二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”。其制備過程2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸的合成；2-十二烷基三硫代羰基2-甲基丙酸嫁接葡聚糖大分子的合成；聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成聚合物二硫交聯(lián)聚異丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成。本發(fā)明優(yōu)點，其制備方法采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合法，過程具有聚合可控、所用試劑對生物體無毒或低毒、所得產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確和分子量分布可控的特點；制得的對溫度和氧化還原刺激響應(yīng)的納米水凝膠有著廣泛應(yīng)用性。
文檔編號C08F120/54GK102391427SQ20111017781
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉碩奇, 呂威鵬, 張鳳寶, 張國亮, 汪洋 申請人:天津大學(xué)