智能型樹枝化聚合物、其納米凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能型樹枝化聚合物、其納米凝膠及其制備方法。該納米凝膠是由樹枝化烷氧醚單體與三聯(lián)吡啶單體可控聚合而得，其中樹枝化烷氧醚單體起到賦予共聚物溫敏的作用，三聯(lián)吡啶單體可與金屬離子配位將共聚物交聯(lián)。在共聚物水溶液中加入金屬離子，通過三聯(lián)吡啶?金屬配位作用進(jìn)行交聯(lián)形成納米凝膠；本發(fā)明的納米凝膠具有納米尺度和良好的單分散性且在一定溫度區(qū)間內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)隨溫度升高迅速脫水塌縮。并且此納米凝膠由樹枝化烷氧醚構(gòu)筑而成，因此具有較高負(fù)載能力以及良好的生物相容性，從而在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有良好的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
智能型樹枝化聚合物、其納米凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種智能型樹枝化聚合物、其納米凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米凝膠是一類通過物理或者化學(xué)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)所形成的納米尺度的水分散聚集 體。而智能納米凝膠是具有刺激相應(yīng)性的納米凝膠，能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化發(fā)生性質(zhì)或 者形狀的變化。目前多種類型的智能納米凝膠已經(jīng)報(bào)道，包括溫敏、PH敏感、光敏感等。其中 溫度敏感型納米凝膠得到了廣泛關(guān)注。由于生物體內(nèi)溫度微環(huán)境的不同，該類納米凝膠可 以運(yùn)用于藥物控制釋放、醫(yī)學(xué)診斷、生物傳感器和催化劑載體等領(lǐng)域。
[0003] 目前用于制備納米凝膠的材料大多為線形聚合物，如聚N-異丙基丙烯酰胺、聚乙 二醇等合成高，以及纖維素及其衍生物、殼聚糖及其衍生物等天然高聚物。目前研究最為廣 泛是聚N-異丙基丙烯酰胺為材料制備的納米凝膠。因?yàn)槠鋯误w為商業(yè)化產(chǎn)品，易得的原料 來源使其具有較大的應(yīng)用價(jià)值。但聚N-異丙基丙烯酰胺本身存在水合過程滯后效應(yīng)明顯、 相變溫度可調(diào)性差、生物相容性欠佳、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、可調(diào)控性較差等缺點(diǎn)大大限制了他的 應(yīng)用。樹枝化聚合物是近二十年來發(fā)展起來的一類新型非線形聚合物，此類聚合物具有諸 多優(yōu)異的特點(diǎn)，包括納米級(jí)尺寸、結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)且內(nèi)部富含空穴可高效負(fù)載客體小分等，但 基于樹枝化聚合物納米凝膠的研究鮮見報(bào)道。近年來，我們課題組制備了一類烷氧醚樹枝 化聚合物，不僅具有良好的生物相容性且表現(xiàn)出十分優(yōu)異的溫敏特性(W. Li, A. Zhang， K. Feldman, P. ffalde, A. D. Schliiter, Macromolecules, 2008, 41, 3659-3667;ff. Li, A. Zhang, A. D. Schliiter, Chem. Commun·，2008, 5523-5525·)。目前納米凝膠的 制備方法有四種：自組裝形成納米凝膠、均相或納米尺寸的非均相體系聚合、聚合物之間交 聯(lián)、納米膜版壓印技術(shù)。其中主要以自組裝和乳液聚合的方法運(yùn)用的最多。自組裝的方法工 藝復(fù)雜且影響因素多，乳液聚合常常需要加入乳化劑之類的助劑影響凝膠的生物相容性。 所以，近年來，聚合物之間交聯(lián)的方法受到廣泛關(guān)注。而通常的聚合物之間交聯(lián)的很難得到 分散均一的納米凝膠。利用樹枝化烷氧醚聚合物的溫敏特性，可以在溫敏聚合物相變溫度 以上聚集成結(jié)構(gòu)均一的聚集體，加入金屬離子交聯(lián)實(shí)現(xiàn)分散均一的納米凝膠的簡(jiǎn)單制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種智能型樹枝化聚合物。
[0005] 本發(fā)明的目的之二在于提供由該聚合物形成的納米凝膠。
[0006] 本發(fā)明的目的之三在于提供該納米凝膠的制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的納米凝膠由樹枝化烷氧醚單體與三聯(lián)吡啶單體 可控聚合而得，其中樹枝化烷氧醚單體起到賦予共聚物溫敏的作用，三聯(lián)吡啶單體可與金 屬離子配位將共聚物交聯(lián)。具體反應(yīng)機(jī)理為：
根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種智能型樹枝化聚合物，其特征在于該聚合物其結(jié)構(gòu)式為： ：>^下111-； 11 -*J KJKJ 〇
[0008] -種納米凝膠，采用上述的智能型樹枝化聚合物為原料，其特征在于該凝膠是由 所述的智能型樹枝化聚合物上的三聯(lián)吡啶與金屬離子配位，通過三聯(lián)吡啶-金屬配位作用 進(jìn)行交聯(lián)形成納米凝膠，其固含量為:0.01 wt% - 0.05 wt%;其中所述的智能型樹枝化聚 合物與金屬離子的摩爾比為:1:1 - 10:1之間。
[0009] -種制備上述的納米凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟為： a.將一代樹枝化烷氧醚單體、三聯(lián)吡啶單體3:1 - 10:1的摩爾比溶于N，N-二甲基甲酰 胺(DMF)中，加入偶氮類引發(fā)劑，其加入量為單體總質(zhì)量的0.1% - 1%;再加入RAFT試劑，該 試劑的加入量與單體的摩爾比為1:50 - 1:200;在惰性氣體保護(hù)下，在60 °C-80 °C溫度下 聚合反應(yīng)至磁子難以轉(zhuǎn)動(dòng);加入二氯甲烷充分溶解反應(yīng)液，并經(jīng)提純，得到智能型樹枝化聚 合物； b.將步驟a所得共聚物溶于蒸餾水中配置成0.01 wt%-〇.05 wt%的水溶液，加熱至37 °G -44°(：穩(wěn)定30 1^11左右后，加入加入稀釋過0.001-0.018/1111^怔6304.7!120水溶液，攪拌 反應(yīng)4小時(shí)后取出，得到納米凝膠。 所述烷氧醚樹枝化基元的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
；所述三聯(lián)吡啶單體 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下
，
[0010]該納米凝膠具有溫敏特性，可在相變溫度以上形變塌縮，釋放藥物分子。并且其是 納米尺度的材料，因此在藥物控制釋放，生物傳感器等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。本發(fā)明的納米凝膠 在一定溫度區(qū)間內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)隨溫度升高迅速脫水塌縮，隨著溫度降低重新水合溶脹的過程。 并且此納米凝膠具有較高負(fù)載能力以及良好的生物相容性，從而在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有良 好的應(yīng)用價(jià)值。
[0011] 本發(fā)明具有如下突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)： 1.智能樹枝化聚合物納米凝膠通過烷氧醚樹枝化基元表現(xiàn)優(yōu)異的溫敏行為，它具有大 尺度，結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，可通過多種方式比如樹枝化基元代數(shù)、端基基團(tuán)以及烷氧醚鏈 長(zhǎng)等調(diào)控相變溫度以及性能特征。
[0012] 2.智能樹枝化聚合物納米凝膠以三聯(lián)吡啶-金屬配位的方式進(jìn)行交聯(lián)，利用金屬-超分子強(qiáng)配位鍵使得納米凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。并且在此基礎(chǔ)上加入更強(qiáng)的 配體也可解絡(luò)合表現(xiàn)出可回復(fù)性。
[0013] 3.智能樹枝化聚合物納米凝膠的制備方法簡(jiǎn)單，分布系數(shù)(PDI)小于0.05屬于單 分散體系。
【附圖說明】
[0014] 圖1為一代烷氧醚與三聯(lián)吡啶共聚物的1H NMR譜圖。
[0015] 圖2為一代烷氧醚與三聯(lián)吡啶共聚物水溶液的濁度曲線譜圖。
[0016] 圖3為智能樹枝化聚合物納米凝膠粒徑分布的動(dòng)態(tài)激光光散射(DLS)圖。
[0017] 圖4為智能樹枝化聚合物納米凝膠尺寸隨溫度變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下： 實(shí)施例一： 本發(fā)明涉及一代樹枝化烷氧醚單體和三聯(lián)吡啶單體的制備。
[0019] 1.樹枝化烷氧醚與三聯(lián)吡啶無規(guī)共聚物的合成 在10 mL反應(yīng)管中分別加入一代樹枝化烷氧醚單體(800 mg)和三聯(lián)吡啶單體(51 mg)， AIBN (0.9 mg)，RAFT試劑（1.81 mg)和DMF (0.4 mL)，抽真空半小時(shí)，置換N2,將密閉的反 應(yīng)管置于70°C油浴中，聚合反應(yīng)進(jìn)行3~5h，直至反應(yīng)液粘度變大，磁子攪拌困難。加入適量 DCM充分溶解，并經(jīng)硅膠色譜柱提純，得到共聚物(521 mg)，產(chǎn)率61.2%。共聚物的核磁參見 圖1 2.樹枝化聚合物納米凝膠的制備 在10 mL的樣品瓶中，將一定量的聚合物溶解在蒸餾水中配置成濃度為0.01 wt% -0.05 wt%的水溶液，取2000 mg溶液放入5mL樣品瓶中，加入磁子，放入預(yù)熱的油浴鍋中加熱 至37°(：設(shè)置轉(zhuǎn)速200印111穩(wěn)定3〇1^11后加入0.^^%?65〇4.7!12〇水溶液6.6-33 1^，411后 取出樣品瓶，得到納米凝膠水溶液。
[0020] 實(shí)施例二:在本實(shí)施例中，制備0.25 wt%樹枝化烷氧醚與三聯(lián)吡啶無規(guī)聚合物水 溶液，進(jìn)行濁度測(cè)試。該溶液在升溫過程中于33 °C附近發(fā)生脫水聚集，透過率迅速降低，并 在降溫過程中于32.5°C附近透過率升高，重新水合變?yōu)榱己玫姆稚Ⅲw系，參見圖2。
[0021 ]實(shí)施例三:在本實(shí)施例中，制備的納米凝膠在25 °C下進(jìn)行動(dòng)態(tài)激光光散射測(cè)試， 0.25 wt%納米凝膠半徑159 nm具有良好的單分散參見圖3。
[0022] 實(shí)施例四：在本實(shí)施例中，將所制備的納米凝膠加熱至30 °C開始塌縮，尺寸變小 到42 °C尺寸趨向于穩(wěn)定參見圖4。
[0023] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以 根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理做的 改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不 背離本發(fā)明智能型樹枝化聚合物的制備方法和應(yīng)用的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能型樹枝化聚合物，其特征在于該聚合物其結(jié)構(gòu)式為： 具中 m=50-200;n=5-60。2. -種納米凝膠，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型樹枝化聚合物為原料，其特征在于 該凝膠是由所述的智能型樹枝化聚合物上的三聯(lián)吡啶與金屬離子配位，通過三聯(lián)吡啶-金 屬配位作用進(jìn)行交聯(lián)形成納米凝膠，其固含量為:0.01 wt% - 0.05 wt%;其中所述的智能 型樹枝化聚合物與金屬離子的摩爾比為:1:1 - 10:1之間。3. -種制備根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟為： a. 將一代樹枝化烷氧醚單體、三聯(lián)吡啶單體按3:1 - 10:1的摩爾比溶于N，N-二甲基甲 酰胺(DMF)中，加入偶氮類引發(fā)劑，其加入量為單體總質(zhì)量的0.1% - 1%;再加入RAFT試劑， 該試劑的加入量與單體的摩爾比為1:50 - 1:200;在惰性氣體保護(hù)下，在60 °C-80 °C溫度 下聚合反應(yīng)至磁子難以轉(zhuǎn)動(dòng);加入二氯甲烷充分溶解反應(yīng)液，并經(jīng)提純，得到智能型樹枝化 聚合物； b. 將步驟a所得共聚物溶于蒸餾水中配置成0.01 wt%-〇.05 wt%的水溶液，加熱至37 °G -44°(：穩(wěn)定30 1^11左右后，加入稀釋過0.001-0.018/1^的？6304.7!120水溶液，攪拌反應(yīng) 4小時(shí)后取出，得到納米凝膠。
【文檔編號(hào)】C08F220/36GK105859958SQ201610295959
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月7日
【發(fā)明人】李文, 黃高軍, 熊初平, 劉潔, 董慶豪, 殷瑜, 張阿方
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)