一種應(yīng)用低場核磁共振技術(shù)測定凝膠化時(shí)間的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用低場核磁共振弛豫技術(shù)測定 溫敏水凝膠凝膠化時(shí)間的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度敏感型水凝膠具有能夠在環(huán)境溫度刺激下發(fā)生溶液-凝膠轉(zhuǎn)換的特性，這種 環(huán)境響應(yīng)性使其在生物醫(yī)藥，生物技術(shù)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，尤其適合作為可注射 的原位水凝膠藥物釋放載體。溫敏水凝膠的凝膠化溫度和膠凝時(shí)間是決定其能否成為合適 的體溫敏感型水凝膠的關(guān)鍵性因素，因此溫敏水凝膠凝膠化特性的表征對于其應(yīng)用十分重 要。
[0003] 溫敏水凝膠體系在室溫下粘度較低，能夠保持較好的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)環(huán)境溫度上升 到體溫時(shí)，聚合物鏈之間的疏水作用增強(qiáng)，溶液的粘度劇烈增加，聚合物鏈的聚集使整個(gè)體 系固化成為凝膠。這種溫敏型體系已被廣泛用于多種蛋白、多肽和小分子藥物的控制釋放， 并且表現(xiàn)出了較好的持續(xù)釋放效果。常用來表征溫敏水凝膠凝膠化時(shí)間的方法有反轉(zhuǎn)試管 法，差示掃描量熱法（DSC)和流變學(xué)方法。但這些方法都存在一些缺點(diǎn)，如反轉(zhuǎn)試管法的結(jié) 果容易受主觀影響，DSC法不適用于凝膠化過程中熱效應(yīng)較弱的凝膠，而流變法中由粘性模 量和彈性模量相等而得到的膠凝點(diǎn)可能是頻率依賴性的，會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。
[0004] 水凝膠中含有大量的水分，并且在由溶液向凝膠轉(zhuǎn)變的過程中，溶液粘度的變化、 聚合物鏈的聚集和凝膠三維網(wǎng)絡(luò)的行成都涉及到體系中水分子活動(dòng)性的變化，因此可以通 過水分子活動(dòng)性的變化來對凝膠化過程進(jìn)行表征。低場核磁共振法由于工作頻率低，不能 區(qū)分不同質(zhì)子的化學(xué)位移，但是可以通過弛豫時(shí)間來反映樣本的特征，可以通過水分子的 活動(dòng)來揭示內(nèi)部的變化。所以，可以將低場核磁共振技術(shù)引入溫敏水凝膠凝膠化過程的表 征，建立一種新的表征方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種新的應(yīng)用低場核磁共振技術(shù)測定溫敏水凝膠凝膠化 時(shí)間的方法。
[0006] 本發(fā)明提出的應(yīng)用低場核磁共振技術(shù)測定溫敏水凝膠凝膠化時(shí)間的方法，具體步 驟如下：
[0007] 1)對水凝膠體系在不同溫度下的凝膠化過程進(jìn)行低場核磁測定，得到不同時(shí)間點(diǎn) 水凝膠的橫向弛豫時(shí)間T2的曲線；
[0008] 2)計(jì)算T2ffi線的峰的加權(quán)平均值，得到T2值隨時(shí)間變化的曲線；
[0009] 3)然后選用雙線性回歸模型對此曲線進(jìn)行擬合，確定膠凝點(diǎn)和膠凝時(shí)間。
[0010] 優(yōu)選的，所述水凝膠體系為溫敏水凝膠體系。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟1)中凝膠化時(shí)間小于20min的水凝膠，凝膠化階段，取樣的時(shí)間 間隔在2-3min，膠凝后測定的時(shí)間間隔為10-20min;凝膠化時(shí)間為大于20min的水凝膠，凝 膠化階段，取樣的時(shí)間間隔在5-10min，膠凝后測定的時(shí)間間隔為10-20min。
[0012] 優(yōu)選的，步驟1)使用MultiExpInvAnalysis軟件對衰減曲線進(jìn)行反演，從而得 到T2的分布曲線。
[0013] 本發(fā)明中，步驟（2)中會(huì)在T2分布曲線上觀察到兩個(gè)峰，分別代表與聚合物鏈緊 密結(jié)合的水（IOms附近，T2b)和被束縛在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的水（lOO-lOOOms之間，T21)，其中 T2b的峰面積很小，且隨凝膠化過程的進(jìn)行沒有明顯變化，而T21在凝膠化過程中有規(guī)律性的 變化，所以主要對T21進(jìn)行研宄。
[0014] 優(yōu)選的，所述判斷聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)水對應(yīng)的T21峰為1~2分布曲線中l(wèi)OOms-lOOOms之 間的峰。
[0015] 優(yōu)選的，步驟2)中通過計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)T21峰的加權(quán)平均值來繪制T21值隨時(shí)間變 化的曲線，T21加權(quán)平均值的計(jì)算公式為T21= 2(X^AiAt)，其中xJPAi分別為T21中每個(gè) 點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，At為曲線中各個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)的總和，所述曲線為L形的曲線，該曲線包括一 個(gè)拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)兩端均近似于直線。
[0016] 本發(fā)明中，步驟（3)中膠凝點(diǎn)和膠凝時(shí)間的判斷方法為：對T21隨時(shí)間變化的"L" 型曲線進(jìn)行擬合，在一定時(shí)間范圍為選取固定數(shù)量的時(shí)間點(diǎn)，分別對近似直線的兩段進(jìn)行 線性擬合，擬合得到的兩條直線有一個(gè)交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)就是膠凝點(diǎn)，其對應(yīng)的橫坐標(biāo)就是膠 凝時(shí)間。
[0017] 相對于傳統(tǒng)的方法，本發(fā)明所述的方法具有快速準(zhǔn)確、非侵入無損害的優(yōu)勢。傳統(tǒng) 的流變學(xué)方法需要對凝膠施加旋轉(zhuǎn)剪切，可能會(huì)破壞水凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，尤其是一些機(jī) 械強(qiáng)度較弱的水凝膠。而傳統(tǒng)的倒轉(zhuǎn)試管法無法表征凝膠化的完整過程，只能根據(jù)體系流 動(dòng)性判斷。本發(fā)明所述的方法中，T2弛豫時(shí)間對凝膠化過程中水分子運(yùn)動(dòng)型的變化非常敏 感，通過簡單快速的測量就可以得到表征凝膠化過程的完整曲線，膠凝點(diǎn)的判斷簡明快捷， 重復(fù)性和穩(wěn)定性都較好。更重要的是，此方法不會(huì)對整個(gè)體系產(chǎn)生任何影響，測定結(jié)果更接 近于水凝膠的真實(shí)狀態(tài)。因此，低場核磁共振法比其他方法具有更多的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0018] 圖1為室溫下測得的殼聚糖-甘油磷酸二鈉溫敏水凝膠（CS-GP)的T2曲線。
[0019] 圖2為CS-GP在37°C下的T2曲線隨加熱時(shí)間的變化。
[0020] 圖3為GP濃度為10 %的CS-GP體系T21的加權(quán)平均值隨時(shí)間變化的曲線以及通 過對圖2的曲線進(jìn)行擬合得到的膠凝點(diǎn)。
[0021] 圖4為GP含量不同的殼聚糖水凝膠的T2變化曲線。
[0022] 圖5為測得的GP含量不同的水凝膠的凝膠化時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
[0024] 實(shí)施例：殼聚糖-甘油磷酸二鈉（CS-GP)溫敏水凝膠凝膠化時(shí)間的測定
[0025] 實(shí)驗(yàn)材料：GP濃度為7 % -11 %的CS-GP體系。
[0026] 實(shí)驗(yàn)儀器：匪120-Analyst，磁場強(qiáng)度大于0. 05T，共振頻率為2MHz-3MHz，磁極直 徑大于160mm，磁體溫度控制在31. 99-32. 00°C。
[0027] (1)樣品制備：在冰浴和攪拌的條件下，向用0.IM鹽酸溶解的2%殼聚糖溶液中緩 慢滴加50 %的GP，制備殼聚糖濃度1. 6 %。GP濃度為7 % -11 %的CS-GP溫敏體系，測定pH 值后于4°C保存?zhèn)溆谩?br>[0028] (2)樣品在加熱過程中！^圖譜的測定：取2mlCS-GP溶液于底面直徑為IOmm的 核磁管中，設(shè)置好儀器參數(shù)后先測定室溫下CS-GP體系的T2圖譜（圖1)，然后將樣品置于 37°C水浴中加熱，并在固定的時(shí)間點(diǎn)取出，測定核磁信號(hào)衰減曲線并進(jìn)行反演，得到1~2曲 線。圖2為含10%GP的CS-GP體系在37°0下T2圖譜隨時(shí)間的變化。隨時(shí)間的延長，T21逐 漸左移。
[0029] (3)通過計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)T2曲線中T21峰的加權(quán)平均值，可以繪制T21隨時(shí)間變化 的曲線。對于每個(gè)樣品，都在160min內(nèi)取12個(gè)點(diǎn)作圖，得到圖2所示的曲線。
[0030] (4)如圖3所示，應(yīng)用雙線性回歸模型對圖2的曲線進(jìn)行擬合，即對曲線拐點(diǎn)兩端 分別進(jìn)行線性擬合，這兩條直線有一個(gè)交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)就是膠凝點(diǎn)。膠凝點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)就 是凝膠化時(shí)間。
[0031] (5)應(yīng)用此方法，可以測定GP含量不同的CS-GP溫敏體系的1變化曲線，并可以 得到對應(yīng)的凝膠化時(shí)間。
[0032]表 1 :
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用低場核磁共振弛豫技術(shù)測定凝膠化時(shí)間的方法，所述方法包括： 1) 對水凝膠體系在不同溫度下的凝膠化過程進(jìn)行低場核磁測定，得到不同時(shí)間點(diǎn)水凝 膠的橫向弛豫時(shí)間！^的曲線； 2) 計(jì)算!^曲線的峰的加權(quán)平均值，得到T2值隨時(shí)間變化的曲線； 3) 然后選用雙線性回歸模型對此曲線進(jìn)行擬合，確定膠凝點(diǎn)和膠凝時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)包括： 采用CPMG序列測定水凝膠體系未加熱前和在不同溫度下加熱不同時(shí)間的核磁共振衰 減曲線，通過將核磁共振信號(hào)衰減曲線進(jìn)行反演，獲得T2分布曲線； 選取聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水對應(yīng)的T2峰來計(jì)算T2的加權(quán)平均值，并以此T2值對時(shí)間做圖； 所述T2的加權(quán)平均值T21按如下方式計(jì)算，T21= 2 (xi*Ai/At)，其中xi和Ai分別為T2中每個(gè)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，At為曲線中各個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)的總和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟3)包括： 分別對步驟2)得到的T2值隨時(shí)間變化的曲線的兩端進(jìn)行線性擬合，得到兩條直線，兩 條直線的交點(diǎn)為凝膠點(diǎn)，其相應(yīng)的橫坐標(biāo)為凝膠化時(shí)間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述判斷聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)水對應(yīng)的T21 峰為T2分布曲線中l(wèi)OOms-lOOOms之間的峰。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步驟1)中凝膠化時(shí)間小于20min 的水凝膠，凝膠化階段，取樣的時(shí)間間隔在2-3min，膠凝后測定的時(shí)間間隔為10-20min;凝 膠化時(shí)間大于20min的水凝膠，凝膠化階段，取樣的時(shí)間間隔在5-10min，膠凝后測定的時(shí) 間間隔為10_20min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水凝膠體系為溫敏水凝膠體系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用低場核磁共振技術(shù)測定凝膠化時(shí)間的方法，包括以下步驟:采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列測定在特定溫度下加熱不同時(shí)間的水凝膠的核磁共振衰減曲線，并采用多指數(shù)方程進(jìn)行擬合，獲得T2分布曲線；計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)凝膠內(nèi)部水對應(yīng)的T2分布峰的加權(quán)平均值，繪制T2值隨時(shí)間t變化的曲線；使用雙線型回歸模型對T2-t曲線進(jìn)行擬合，確定體系的溶液-凝膠轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并得到凝膠化時(shí)間。本發(fā)明提供了一種簡單快速無損的測定凝膠化時(shí)間的新方法。
【IPC分類】G01N24-08
【公開號(hào)】CN104764763
【申請?zhí)枴緾N201510097111
【發(fā)明人】李秀男, 李亞瓊, 陳超, 趙大偉, 蘇志國
【申請人】中國科學(xué)院過程工程研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月5日