本發(fā)明屬于智能材料、高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種葡萄糖響應(yīng)性的可降解薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚己內(nèi)酯PCL具有優(yōu)異的生物降解性、生物相容性以及藥物通透性，使用PCL與其他聚合物共聚制備納米粒子用于藥物控制釋放載體的報(bào)道屢見不鮮。（Cuong, N. V.; Li, Y. L.; Hsieh, M. F. Journal of Materials Chemistry 2011, 22 (3)：1006-1020.）而且PCL在水中呈疏水狀態(tài)，與PPBDEMA形成嵌段共聚物制成膜以后，即使另一部分由于與葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致苯硼酸部分脫落，薄膜被破壞由疏水向親水轉(zhuǎn)變，由于有PCL的存在，膜依然能保持完整性。在薄膜功能性失效后由于PCL具有降解性能在醫(yī)用環(huán)境中可以自己分解。

智能有機(jī)材料近年來得到廣泛關(guān)注，這些材料能對外界刺激，如溫度、pH值、光、鹽、糖等做出響應(yīng)，在納米科技、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。其中，糖響應(yīng)材料是最近發(fā)展起來的一種智能材料。硼酸可以與含有二醇結(jié)構(gòu)的化合物結(jié)合生成酯，反應(yīng)是可逆的。硼酸與含二醇基團(tuán)的這種結(jié)合作用使得它作為葡萄糖識別基團(tuán)用于葡萄糖傳感器的構(gòu)建、核苷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)及作為親和配體用于碳水化合物和葡萄糖蛋白的分離等。苯硼酸衍生物在水溶液中存在兩種狀態(tài)，帶負(fù)電荷的四面體結(jié)構(gòu)可以和葡萄糖絡(luò)合形成穩(wěn)定的苯硼酸酯結(jié)構(gòu)，它是溶于水的，而中性三面體結(jié)構(gòu)的苯硼酸與葡萄糖形成不穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)葡萄葡萄糖濃度增加時(shí)，水溶液中四面體結(jié)構(gòu)的苯硼酸數(shù)量增加，三面體結(jié)構(gòu)苯硼酸數(shù)量減少，所以體系的水溶性增加。在本發(fā)明中，我們通過ATRP反應(yīng)制備了PCL-b-PPBDEMA二嵌段共聚物形成的可降解、可控釋并且具有糖響應(yīng)性的薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種糖響應(yīng)性的可降解薄膜的制備方法。

本發(fā)明的目的是將苯甲醇與ε-己內(nèi)酯在辛酸亞錫的催化下開環(huán)聚合，得到端基為羥基的聚己內(nèi)酯（PCL）。再將聚己內(nèi)酯溶于二氯甲烷中與二溴異丁酰溴進(jìn)行反應(yīng)，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）。再向溴化聚己內(nèi)酯的苯甲醚溶液中加入2-苯硼酸酯-5-乙基-1,3-二氧己環(huán)（PBDEMA），得到二嵌段共聚物PCL-b-PPBDEMA。將PCL-b-PPBDEMA溶于四氫呋喃并倒入四氟板，揮發(fā)后制備得到可降解薄膜，從而實(shí)現(xiàn)胰島素緩慢釋放，如圖1所示。

本發(fā)明提出的糖響應(yīng)的可降解薄膜的制備方法，具體步驟如下：

（1）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將苯甲醇、己內(nèi)酯單體和辛酸亞錫以摩爾比為1:（20~40）：（20~40）的比例加入到干燥的反應(yīng)瓶中，100~140℃下反應(yīng)12~36小時(shí)后用溶劑A稀釋，在溶劑B中沉淀；

（2）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟（1）得到的產(chǎn)物、三乙胺與2-溴異丁酰溴以摩爾比為1:（3~5）:（3~5）的比例溶于溶劑C中，冰水浴反應(yīng)1~2小時(shí)，室溫反應(yīng)24~48小時(shí)；用溶劑D稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥，在溶劑E中沉淀，過濾后提純、干燥；

（3）將步驟（2）所得產(chǎn)物、催化劑F和PBDEMA單體溶于溶劑G中，其中催化劑F與PBDEMA單體的投料比按照所需分子量設(shè)計(jì)；體系在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60～80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1～48小時(shí)，除去催化劑F后，并經(jīng)溶劑H沉淀、真空干燥，即得到PCL-b-PPBDEMA；

（４）將步驟（３）得到PCL-b-PPBDEMA溶解于溶劑Ｉ中，在室溫下攪拌0.5~2小時(shí)；倒入四氟板并置于通風(fēng)櫥，直至溶劑揮發(fā)完畢；再將四氟板放在40℃的烘箱中烘1~3小時(shí)，將薄膜從四氟板上揭下，即得到可降解薄膜。

本發(fā)明中，所需的二嵌段共聚物結(jié)構(gòu)式如下所示：

其中m為25~35；n為55~65。

本發(fā)明中，溶劑A為氯仿、二氯甲烷或四氫呋喃中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑B為甲醇或正己烷中的一種或兩種。

本發(fā)明中，溶劑C為四氫呋喃，苯甲醚、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑D為二氯甲烷或無水乙醚中的一種或兩種。

本發(fā)明中，溶劑E為甲醇或正己烷中的一種或兩種。

本發(fā)明中，催化劑F為氯化亞銅/聯(lián)吡啶、溴化亞銅/聯(lián)吡啶、氯化亞銅/五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑G為四氫呋喃、苯甲醚、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑H為無水乙醚、正己烷或環(huán)己烷中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑I為丙酮、四氫呋喃、二氯甲烷或三氯甲烷中的一種或幾種。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：原料來源廣泛，所用的己內(nèi)酯、2-苯硼酸酯-5-乙基-1,3-二氧己環(huán)、溶劑、沉淀劑等均可工業(yè)化生產(chǎn)，合成方法簡單易行。制備的PCL-b-PPBDEMA薄膜具有糖響應(yīng)性，并且可降解、可控釋。該雜化材料可以在糖濃度升高時(shí)實(shí)現(xiàn)膜的破裂，為糖尿病的治療提供了一種思路，在藥物控釋、生物智能開關(guān)、生物傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為聚合物的澆鑄成膜示意圖以及胰島素緩慢釋放示意圖。

圖2為實(shí)施例3所得到的PCL-b-PPBDEMA的¹H NMR核磁譜圖。

圖3為實(shí)施例3所得到的聚合物薄膜在不同時(shí)間不同葡萄糖濃度下薄膜的顯微鏡示意圖。其中：(a) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時(shí)間1小時(shí) (a’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml, 緩釋時(shí)間1小時(shí)，(b) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時(shí)間1天，(b’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml，緩釋時(shí)間1天，(c) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時(shí)間7天，(c’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml，緩釋時(shí)間7天。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，35.33 uL（87.63 uumol）辛酸亞錫，10 g（87.63 mmol）己內(nèi)酯加入干燥的反應(yīng)瓶中，100℃下反應(yīng)12小時(shí)；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內(nèi)酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水二氯甲烷中，加入0.95 g（9.375 mmol）三乙胺，抽真空通氮?dú)獠⒃诒≈袛嚢?，同時(shí)通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于22.5 mL二氯甲烷的2.15 g（9.375 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應(yīng)1小時(shí)，室溫反應(yīng)24小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.91 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應(yīng)瓶中，抽真空通氮?dú)馊?，最后一次的時(shí)候加入0.47 g (0.65 mmol) CuBr，60℃下反應(yīng)1小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

0.5 g聚合物溶解于10 mL 四氫呋喃溶液中，在室溫下攪拌一個(gè)小時(shí)，倒入四氟板中置于通風(fēng)櫥里，直至溶劑發(fā)揮完畢，再將四氟板放在40℃的烘箱中烘兩個(gè)小時(shí)，將薄膜從四氟板上揭下。

實(shí)施例2

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，66.25 uL（164.30 uumol）辛酸亞錫，18.75 g（164.30 mmol）己內(nèi)酯加入干燥的反應(yīng)瓶中，100℃下反應(yīng)36小時(shí)；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300mL甲醇中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內(nèi)酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水四氫呋喃中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮?dú)獠⒃诒≈袛嚢?，同時(shí)通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30mL四氫呋喃的3.59 g（15.63 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應(yīng)2小時(shí)，室溫反應(yīng)48小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.16 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應(yīng)瓶中，抽真空通氮?dú)馊危詈笠淮蔚臅r(shí)候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，80℃下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實(shí)施例1。

實(shí)施例3

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，15 g（131.40 mmol）己內(nèi)酯加入干燥的反應(yīng)瓶中，130℃下反應(yīng)24小時(shí)；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內(nèi)酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水THF中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮?dú)獠⒃诒≈袛嚢瑁瑫r(shí)通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL THF的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應(yīng)2小時(shí)，室溫反應(yīng)40小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液用用一倍的THF稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.91 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL無水四氫呋喃加入干燥的反應(yīng)瓶中，抽真空通氮?dú)馊危詈笠淮蔚臅r(shí)候加入0.47g (0.65 mmol)CuBr，70℃下反應(yīng)44小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實(shí)施例1。

說明書附圖中的圖2為PCL-b-PPBDEMA的核磁共振氫譜。其中譜圖中峰位置a~s對應(yīng)結(jié)構(gòu)式中a~s種類的氫環(huán)境。由屬于PBDEMA上δ=7.78 ppm（g）處苯環(huán)上的鄰位氫的峰面積和屬于聚己內(nèi)酯上δ=2.35 ppm（e）亞甲基峰的面積比可確定PBDEMA的重復(fù)單元數(shù)DP。:

DP=I7.78/I2.35*30

其中DP為PBDEMA的重復(fù)單元數(shù)，I7.78和I2.35分別為信號（g）化學(xué)位移7.78 ppm和信號（e）化學(xué)位移2.35 ppm處的積分面積。經(jīng)計(jì)算DP=60，Mn,NMR=19386。

從說明書附圖圖3中可以看到隨著時(shí)間的變長，薄膜發(fā)生了不同程度的溶脹，這是因?yàn)楦叻肿釉谒芤簵l件下會發(fā)生溶脹的原因。葡萄糖濃度為0 mg/ml,緩釋時(shí)間為1小時(shí)情況下，發(fā)現(xiàn)聚合物膜幾乎是完整的，只是局部有不明顯“黑點(diǎn)”。而相同緩釋時(shí)間，葡萄糖濃度為8 mg/ml，更多的“黑點(diǎn)”出現(xiàn)，這是因?yàn)楸∧ぶ蠵PBDEMA鏈段會與葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致苯硼酸部分脫落，薄膜被破壞，隨著時(shí)間的增長更多的PPBDEMA鏈段與葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，薄膜的親水性進(jìn)一步增加，所以出現(xiàn)更為明顯的溶脹現(xiàn)象，所以(b’)圖中出現(xiàn)非常明顯的裂縫，薄膜中形成不規(guī)則的碎片。當(dāng)緩釋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行7天之后，葡萄糖濃度為8mg/ml條件下，發(fā)現(xiàn)在顯微鏡下薄膜已經(jīng)沒有完整的形狀。

將附圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫于此處

實(shí)施例4

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，12.5 g（131.40 mmol）己內(nèi)酯加入干燥的反應(yīng)瓶中，120℃下反應(yīng)24小時(shí)；接著冷卻至室溫后用40 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內(nèi)酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水二氯甲烷中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮?dú)獠⒃诒≈袛嚢瑁瑫r(shí)通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL二氯甲烷的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應(yīng)2小時(shí)，室溫反應(yīng)40小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，9.65 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應(yīng)瓶中，抽真空通氮?dú)馊?，最后一次的時(shí)候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，70℃下反應(yīng)44小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實(shí)施例1。

實(shí)施例5

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，17.5 g（131.40 mmol）己內(nèi)酯加入干燥的反應(yīng)瓶中，120℃下反應(yīng)24小時(shí)；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內(nèi)酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水CH₂Cl₂中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮?dú)獠⒃诒≈袛嚢?，同時(shí)通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL二氯甲烷的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應(yīng)2小時(shí)，室溫反應(yīng)40小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內(nèi)酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.16 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應(yīng)瓶中，抽真空通氮?dú)馊?，最后一次的時(shí)候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，60℃下反應(yīng)44小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

0.5 g聚合物溶解于10 mL 二氯甲烷溶液中，在室溫下攪拌一個(gè)小時(shí)，倒入四氟板中置于通風(fēng)櫥里，直至溶劑發(fā)揮完畢，再將四氟板放在40℃的烘箱中烘兩個(gè)小時(shí)，將薄膜從四氟板上揭下。