一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠及其制備方法
【專利說(shuō)明】一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種水凝膠及其制備方法，屬于功能高分子材料制造及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]水凝膠是親水的聚合物網(wǎng)絡(luò)，它能夠吸收大量的水分，但由于聚合物鏈間的物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)作用而不會(huì)溶解于水中，只能溶脹且保持一定的形狀。水凝膠具有良好的生物相容性、水滲透性，而且通過(guò)人工合成可得到不同微觀結(jié)構(gòu)和性能的水凝膠材料。由于水凝膠材料含水量高、柔軟、具有橡膠般的粘彈性、良好的生物相容性及眾多其他的物理化學(xué)特性，在醫(yī)藥、生理衛(wèi)生、農(nóng)林園藝、食品、化妝品、石油化工、環(huán)保產(chǎn)品等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。智能水凝膠是水凝膠中一種較為新穎的類型，它能夠感知外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，而且能夠?qū)ν饨绛h(huán)境變化做出響應(yīng)，具有反饋功能、響應(yīng)功能、自診斷功能等。智能水凝膠將水凝膠對(duì)功能物質(zhì)的高容納性、可塑性、彈性、特有的體積相變行為與智能響應(yīng)性相結(jié)合，拓寬了水凝膠的類型及應(yīng)用。智能水凝膠在很多高端領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛研究，如人造肌肉、藥物控制釋放載體、化學(xué)轉(zhuǎn)換器、記憶元件開(kāi)關(guān)、調(diào)光材料、化學(xué)機(jī)械器件等。溫敏水凝膠是智能水凝膠的一種類型，同時(shí)是水凝膠中開(kāi)發(fā)應(yīng)用較多的一種類型。申請(qǐng)?zhí)枮?01410018764.3的中國(guó)專利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種膠原酶溫敏水凝膠，膠原酶溫敏水凝膠在注射到病灶部位后，慢慢升溫至體溫，形成原位水凝膠，此水凝膠能緩慢地將膠原酶釋放出來(lái)，使膠原酶集中在病變部位發(fā)揮藥效，膠原酶溫敏水凝膠局部給藥能減少向正常組織擴(kuò)散，與粉針劑型膠原酶相比擴(kuò)散減少了 30-80%。
[0004]聚合物水凝膠的凝膠基質(zhì)包括天然高分子、改性天然高分子、合成高分子。天然高分子水凝膠及改性天然高分子水凝膠的特性受高分子結(jié)構(gòu)影響較大，不能在很大幅度內(nèi)調(diào)節(jié)凝膠的結(jié)構(gòu)及性能，因而不能滿足各領(lǐng)域多樣化的應(yīng)用需求。合成高分子水凝膠由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性、原料來(lái)源方便、易于大規(guī)模生產(chǎn)因而是水凝膠中的主要類型。但當(dāng)前合成水凝膠的類型主要為不可降解的高分子類型，不可降解高分子的環(huán)境相容性較低，過(guò)度使用易造成白色污染，而且來(lái)源于石油、天然氣等不可再生資源，大規(guī)模應(yīng)用將加劇能源及資源危機(jī)。因此開(kāi)發(fā)可降解且原料來(lái)源于可再生資源的新型水凝膠是高分子水凝膠的發(fā)展方向。
[0005]可降解聚酯是一種生物醫(yī)用價(jià)值和潛力十分巨大的合成型可降解高分子，可以制造生物組織及器官，可用作手術(shù)輔助材料，還可用于日用環(huán)保健康產(chǎn)品的制造。但是基于可降解聚酯的水凝膠的相關(guān)開(kāi)發(fā)工作卻不是很多，關(guān)于可降解聚酯智能水凝膠的開(kāi)發(fā)工作則相對(duì)更少，但將可降解聚酯引入水凝膠領(lǐng)域，對(duì)于拓寬可降解聚酯水凝膠的類型及應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)及實(shí)踐意義。將可降解聚酯引入水凝膠制備，有利于增加所裝載的活性成分的控制釋放特性，增加適合裝載的活性成分的類型，優(yōu)化水凝膠的結(jié)構(gòu)及物理、化學(xué)特性?？山到饩埘孛糁悄芩z是一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景，但當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)相對(duì)較少。已出現(xiàn)的可降解聚酯溫敏智能水凝膠一般在較長(zhǎng)和較慢的升溫過(guò)程中凝膠，凝膠之后體系變?yōu)榘咨珳啙?，降低溫度凝膠無(wú)法恢復(fù)成溶膠，屬于典型的不可逆不透明凝膠，不適合于反復(fù)轉(zhuǎn)變的應(yīng)用場(chǎng)合，不適合于快凝應(yīng)用場(chǎng)合，易造成疏水性功能物質(zhì)的相分離，不利于疏水性功能物質(zhì)的裝載，不適合觀察和研究功能性物質(zhì)的釋放，凝膠溫度多出現(xiàn)在體溫之下的低溫場(chǎng)合，不適合高溫凝膠條件下的應(yīng)用，不適合拓展到功能材料制造等其它領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠及其制備方法，該水凝膠可有效解決上述問(wèn)題。同時(shí)滿足藥物、生物活性成分及其它功能性物質(zhì)的多樣化控制釋放需求，拓寬可降解聚酯智能水凝膠的類型及應(yīng)用，促進(jìn)可降解聚酯智能水凝膠向復(fù)合功能材料制造領(lǐng)域拓展，實(shí)現(xiàn)功能成分的相對(duì)快速釋放，使有色功能成分的釋放實(shí)現(xiàn)可視化，滿足光譜法監(jiān)測(cè)釋放動(dòng)力學(xué)的需求。
[0007]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠，其特征在于:所述水凝膠主要由可降解聚酯及介質(zhì)構(gòu)成，所述介質(zhì)為去離子水、磷酸緩沖溶液中的任意一種，所述介質(zhì)的質(zhì)量是所述可降解聚合物質(zhì)量的3-9倍，所述可降解聚酯為多元三嵌段共聚物并由以下結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成:氧亞乙基、氧-1，3-亞丙基、氧己?；?、氧-2-甲基乙?；?，所述氧-1，3-亞丙基與氧亞乙基的物質(zhì)的量之比為0:1-0.4:1，所述氧-2-甲基乙?；c氧己?；馁|(zhì)量之比為0:1-0.4:1，所述氧亞乙基及氧-1，3-亞丙基構(gòu)成的嵌段的數(shù)均化學(xué)式量為1500-2500，所述氧己?；c氧-2-甲基乙?；鶚?gòu)成的嵌段的數(shù)均化學(xué)式量與氧亞乙基及氧-1，3-亞丙基構(gòu)成的嵌段的數(shù)均化學(xué)式量之比為1: 1.8-1:2.8。
[0008]本發(fā)明還公開(kāi)了一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠的制備方法，包括下列步驟:
(I )、稱量數(shù)均分子量為1500-2500的雙端羥基聚乙二醇或雙端羥基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)加入到反應(yīng)器中，稱量酯單體、催化劑加入到反應(yīng)器中，催化劑的質(zhì)量與雙端輕基聚乙二醇或雙端輕基聚(氧化乙稀-CO-氧化丙稀)的質(zhì)量比值為1:100-1:2000，量取無(wú)水無(wú)氧的芳烴溶劑并加入到反應(yīng)器中；
(2)、用高純氮?dú)饣蚋呒儦鍤庵脫Q反應(yīng)器中的空氣，然后將反應(yīng)體系升溫至1400C -150°c，反應(yīng) 20h-30h ；
(3)、反應(yīng)體系冷卻至40°C-60°C后，向其中加入石油醚，石油醚的體積是步驟(I)所述芳烴溶劑體積的1-6倍，振蕩后去除上層液體；
(4 )、向步驟(3 )的產(chǎn)物中加入石油醚，石油醚的體積(mL)與步驟(2 )的產(chǎn)物的質(zhì)量(g)的比值為0.5:1-1.5:1，振蕩后去除上層液體；
(5)、將步驟(4)的產(chǎn)物在2Pa -100Pa、80°C _100°C的條件下干燥20h_30h ；
(6)、向步驟(5)的產(chǎn)物加入去離子水或磷酸緩沖溶液中的任意一種介質(zhì)，介質(zhì)的質(zhì)量是所述步驟(5)產(chǎn)物質(zhì)量的3-9倍，通過(guò)加熱、振蕩、冷卻等方法制得水溶膠，該水溶膠在溫度35°C _52°C的條件下可形成透明水凝膠，凝膠時(shí)間為1.5 min -15min，當(dāng)溫度小于35°C時(shí)，又恢復(fù)成流動(dòng)的水溶膠，所形成的凝膠具有較高的透明性，5mm光程條件下對(duì)600nm波長(zhǎng)的光的吸光度在0.02-0.5之間。
[0009]進(jìn)一步地，在步驟(I)中，所述的雙端羥基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)中，氧化丙烯與氧化乙烯的物質(zhì)的量之比為0:1-0.4:1，所述的酯單體為己內(nèi)酯、丙交酯，丙交酯與己內(nèi)酯的質(zhì)量之比為0:1-0.4:1，所述的催化劑為異辛酸鋅、辛酸亞錫中的1-2種，所述的芳烴溶劑為甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯中的任意一種，芳烴溶劑的體積(mL)與雙端羥基聚乙二醇或雙端羥基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)、酯單體的質(zhì)量和(g)之比為0.6:1-1.2:1。
[0010]本發(fā)明的新型水凝膠突破了現(xiàn)有溫敏可降解聚酯水凝膠的多項(xiàng)特性局限，提高了凝膠速度及凝膠溫度，使凝膠透明化，賦予凝膠以良好的可逆性，因而也拓寬了可降解聚酯溫敏水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域，可廣泛用于生物醫(yī)學(xué)、功能材料制備、石油開(kāi)采及溫度指示等領(lǐng)域。
[0011]本發(fā)明所述的一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠是基于可降解聚酯的水凝膠，可生物降解聚酯本身可以降解，一方面在降解的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)功能成分的控制釋放，另一方面使得水凝膠具有極高的環(huán)境和生物相容性。將可生物降解聚酯引入水凝膠制備，增加了所裝載的活性成分的控制釋放特性，增加了適合裝載的活性成分的類型，優(yōu)化了水凝膠的結(jié)構(gòu)及物理、化學(xué)特性。
[0012]本發(fā)明所述的一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠是一種溫敏型智能水凝膠，但與同類溫敏水凝膠相比具有顯著的性能差異，突破了同類溫敏水凝膠的眾多性能局限，具有優(yōu)異的溫度敏銳性，是名副其實(shí)的溫敏型水凝膠，凝膠溫度具有準(zhǔn)確的確定性，與升溫歷史無(wú)關(guān)，只與聚酯的結(jié)構(gòu)、合成方法及濃度有關(guān)。特定組成及濃度的水溶膠在特定溫度形成凝膠而不是在一個(gè)溫度范圍或區(qū)間形成凝膠，凝膠的溫度響應(yīng)性特點(diǎn)十分明顯，與升溫過(guò)程中的速率無(wú)關(guān)。
[0013]本發(fā)明所述的一種具有快速凝膠能力的透明型溫敏可逆可降解聚酯水凝膠是一種溫敏型智能水凝膠，但與同類溫敏水凝膠相比具有十分快的凝膠速度，可在1.5-15min內(nèi)形成凝膠，十分適合于快凝場(chǎng)合應(yīng)用，有利于減少凝膠之前、施用之后聚合物溶膠的流失，降低應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)消耗，減少對(duì)鄰近區(qū)域的負(fù)面影響，同時(shí)有利于提高基于水凝膠的功能材料制造過(guò)程的生產(chǎn)效率，有利于實(shí)現(xiàn)水不溶物性功能物質(zhì)的均勻包裹，減少凝膠包裹前功能性物質(zhì)從凝膠體系的分離。這種特點(diǎn)對(duì)于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用而言，有利于提高藥物的利用率，減少藥物的毒性和刺激性，提高釋放過(guò)程的控制性。
[0014]本發(fā)明所述的一種具有快速凝膠能力的透明型