一種超線形可降解聚合物水凝膠及其制備方法
【專利說(shuō)明】一種超線形可降解聚合物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，屬于生物醫(yī)用高分子材料制造及應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種超線形可降解聚合物水凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]水凝膠是以水為分散介質(zhì)的凝膠，是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。作為一種高吸水高保水材料，水凝膠被廣泛用于多種領(lǐng)域，如:干旱地區(qū)的抗旱，在化妝品中的面膜、退熱貼、鎮(zhèn)痛貼、農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水，在礦業(yè)中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫(yī)療中的藥物載體等等。根據(jù)水凝膠網(wǎng)絡(luò)鍵合方式的不同，可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠。物理凝膠是通過(guò)物理作用如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成的，這種凝膠是非永久性的，通過(guò)加熱凝膠可轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?，所以也被稱為熱可逆凝膠?；瘜W(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，是永久性的，又稱為真凝膠。水凝膠的凝膠基質(zhì)往往包括兩類:天然高分子和合成高分子。天然高分子凝膠的基質(zhì)包括多糖類(淀粉、纖維素、海藻酸、透明質(zhì)酸，殼聚糖等)和多肽類(膠原、聚L-賴氨酸、聚L-谷胺酸等)均可用于制備水凝膠。合成的高分子凝膠基質(zhì)包括聚乙烯醇、丙烯酸及其衍生物類(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚 N-聚代丙稀酰胺)等(http://baike.baidu.com/link?url=UCxS4fFJ9TuSayZACTKffMrlgvg8jaBexLxffJzLBL5yKm2wNJYnUIFmLZX69iTwy9Z3nbySW8uDneNa4LmiAsq)o 以天然高分子為凝膠基質(zhì)制備的水凝膠，環(huán)境相容性好、生物相容性好，但是結(jié)構(gòu)不易調(diào)節(jié)，性能不易控制，而且盡管天然高分子大部分可降解，但降解速率不易調(diào)控，不能滿足多樣化的應(yīng)用需求。以合成高分子為凝膠基質(zhì)的水凝膠，具有極高的穩(wěn)定性，便于長(zhǎng)久使用，但同時(shí)具有難于降解的問(wèn)題，環(huán)境相容性不好，存在潛在的生物毒性，具有安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了豐富水凝膠的類型，拓寬水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域，克服現(xiàn)有天然高分子水凝膠結(jié)構(gòu)、降解性及凝膠特性不易調(diào)控，合成高分子水凝膠不易降解等方面的不足，滿足藥物、生物活性成分及其它功能成分的控制釋放需求，本發(fā)明將可生物降解聚酯引入水凝膠，開發(fā)了一種新型智能水凝膠一一一種超線形可降解聚合物水凝膠，本發(fā)明的水凝膠所用的可降解聚合物具有高的嵌段數(shù)和超長(zhǎng)的分子鏈，在凝膠中鏈的纏結(jié)更復(fù)雜，凝膠粒子之間的交聯(lián)更緊密，因而對(duì)功能成分的包覆和釋放特性更優(yōu)異，可以在低濃度的條件下實(shí)現(xiàn)凝膠，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種超線形可降解聚合物水凝膠，其特征在于:主要成分包括質(zhì)量之比為1.86:1-9:1的水凝膠介質(zhì)及超線形可降解聚合物，所述水凝膠介質(zhì)為去離子水、生理鹽水、磷酸緩沖溶液中的任意一種，所述超線形可降解聚合物為多元共聚物，所述多元共聚物由下列結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成:六亞甲基、4，4'- 二苯基甲烷、1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基中的1-3種、氧亞乙基、氧羰亞氨基、氧-1，5-亞戊基羰基及氧亞甲基羰基，其中氧亞甲基羰基與氧-1，5-亞戊基羰基的摩爾比為0:1-0.5:1，所述超線形可降解聚合物為多嵌段共聚物，嵌段數(shù)為12-100。
[0006]作為優(yōu)選，所述超線形可降解聚合物中，氧亞乙基構(gòu)成的單一均聚段的數(shù)均化學(xué)式量為1000-2000 ;氧亞乙基構(gòu)成的嵌段與氧-1，5-亞戊基羰基及氧亞甲基羰基構(gòu)成的嵌段的質(zhì)量比為1:1-1:2。
[0007]作為優(yōu)選，所述六亞甲基、4，4'-二苯基甲烷、1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基中，當(dāng)主體成份不同時(shí)，各物質(zhì)的比例具體如下:
當(dāng)六亞甲基為主體時(shí)，4，4'- 二苯基甲烷和1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基的物質(zhì)的量之和在六亞甲基、4，4'-二苯基甲烷、1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20% ；
當(dāng)4，4' - 二苯基甲烷為主體時(shí)，六亞甲基和1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基的物質(zhì)的量之和在六亞甲基、4，4'-二苯基甲烷、1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20% ；
當(dāng)1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基為主體時(shí)，六亞甲基和4，4'-二苯基甲烷的物質(zhì)的量之和在六亞甲基、4，4'-二苯基甲烷、1，3，3-三甲基-1，5-亞環(huán)己基的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20%。
[0008]本發(fā)明同時(shí)還公開了一種超線形可降解聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于包括下列步驟:
(1)、對(duì)帶有空氣冷凝回流裝置的反應(yīng)器進(jìn)行高純氬氣或高純氮?dú)獯祾撸?br> (2)、將數(shù)均分子量為1000-2000的雙端羥基聚乙二醇、酯單體稱量到反應(yīng)器中，雙端羥基聚乙二醇和酯單體的質(zhì)量比為1:1-1: 2，將催化劑稱量后加入到反應(yīng)器中，催化劑的質(zhì)量與雙端羥基聚乙二醇和酯單體的質(zhì)量和的比值為1:100-1:1000 ;
(3)、將步驟(2)反應(yīng)體系的溫度升溫至130°C_150°C，反應(yīng)15h_30h ；
(4)、芳烴溶劑進(jìn)行無(wú)水無(wú)氧處理后，量取并加入到反應(yīng)器中，攪勻，芳烴溶劑限于甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯中的一種，溶劑的體積與雙端羥基聚乙二醇和酯單體的質(zhì)量和之比為 0.5mL: lg-1.5mL:1g ；
(5 )、反應(yīng)體系冷卻至40 °C -60 °C后加入二異氰酸酯，然后依次在60 °C反應(yīng)6h、80 °C反應(yīng) 6h、100°C反應(yīng) 5h-10h ；
(6)、經(jīng)步驟(5)反應(yīng)后的體系冷卻至40°C-60°C后，向其中加入芳烴溶劑1.5-3倍體積的石油醚，振蕩后去除上層液體；
(7)、向步驟(6)的產(chǎn)物中加入芳烴溶劑0.5-1.5倍體積的石油醚，振蕩后去除上層液體；
(8)、將步驟(7)的產(chǎn)物在1.33Pa-500Pa的真空條件下，80°C _100°C的溫度條件下干燥15h-48h ；
(9)、向步驟(8)的產(chǎn)物中加入去離子水、生理鹽水、磷酸緩沖溶液中的任意一種，通過(guò)加熱、振蕩、冷卻等方法制得超線形可降解聚合物水溶液，然后使其以1°C /5min的速度升溫，即可制得超線形可降解聚合物水凝膠。
[0009]進(jìn)一步的，在步驟(2)中，所述的酯單體為己內(nèi)酯、乙交酯，乙交酯與己內(nèi)酯的物質(zhì)的量之比為0:1-0.5:1，雙端羥基聚乙二醇與己內(nèi)酯的質(zhì)量比為1:1-1:2 ;所述的催化劑為辛酸亞錫、異辛酸鋅中的1-2種，催化劑的質(zhì)量與雙端羥基聚乙二醇質(zhì)量的比值為1:
100-1:1000ο
[0010]進(jìn)一步的，在步驟(5)中，所述的二異氰酸酯為己二異氰酸酯、4，4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3-異氰酸酯基-3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯中的1-3種，當(dāng)主體成份不同時(shí)，各物質(zhì)的比例具體如下:
己二異氰酸酯為主體時(shí)，4，4'- 二苯基甲烷二異氰酸酯和3-異氰酸酯基-3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯的物質(zhì)的量之和在己二異氰酸酯、4，4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3-異氰酸酯基_3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20% ;
4，4'- 二苯基甲烷二異氰酸酯為主體時(shí)，己二異氰酸酯和3-異氰酸酯基-3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯的物質(zhì)的量之和在己二異氰酸酯、4，4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3-異氰酸酯基_3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20% ;
3-異氰酸酯基_3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯為主體時(shí)，4，4'- 二苯基甲烷二異氰酸酯和己二異氰酸酯的物質(zhì)的量之和在己二異氰酸酯、4，4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3-異氰酸酯基_3，5，5-三甲基環(huán)己基異氰酸酯的物質(zhì)的量之和中所占的比例為0%-20%。
[0011]通過(guò)上述方法所制備出的的超線形可降解聚合物水凝膠在生物醫(yī)學(xué)、食品、化妝品、科學(xué)研究中具有廣泛應(yīng)用，可用作藥物、DNA、細(xì)胞、功能納米粒子、組織碎肩等的傳輸及控制釋放載體。
[0012]本發(fā)明所述的超線形可降解聚合物水凝膠是基于可生物降解聚酯的水凝膠?？缮锝到饩埘ケ旧砜梢越到猓医到猱a(chǎn)物無(wú)毒，可以直接排出體外或在人體內(nèi)代謝為二氧化碳和水后排出體外，因而具有極高的生物相容性；水則具有完全的生物相容性，因此可生物降解聚酯水凝膠具有較高的生物安全性。除此之外，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，因而在組織工程材料、藥物控制釋放材料、食品及化妝品開發(fā)等方面具有極大應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Α？缮锝到饩埘ブ悄芩z是一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景，然而當(dāng)前開發(fā)的可生物降解聚酯智能水凝膠種類單一，分子量較低，凝膠強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)上的變化幅度較小。本發(fā)明開