CN101353398B - 一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法，首先，制备生物降解性交联剂，由乳酸的二聚体丙交酯聚乙二醇聚合形成中间体，中间体两端引入碳碳双键形成生物降解性的交联剂；然后，制备生物可降解温敏性凝胶，由N-异丙基丙烯酰胺、引发剂、生物降解性交联剂溶解在二次蒸馏水，加入加速剂聚合得生物可降解温敏性凝胶。本发明的合成方法采用生物降解性交联剂代替常用的交联剂来合成PNIPAM水凝胶，此种方法合成聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶会在一定的时间因交联剂的降解而本身结构发生分解，分解的产物中如聚乳酸、聚乙二醇可参与人体的新陈代谢。
Description
技术领域
本发明涉及高分子水凝胶的合成方法，具体涉及一种生物可降解温敏性凝胶的合成工艺。
背景材料
高分子水凝胶是高聚物分子互相联结，由长链分子交联聚合的三维网络和互穿的网络(IPN)，在三维网状结构的孔隙中充满了水溶液，但它本身是不溶于水。水凝胶广泛应用于生物、医学、化学、农业、日用生活用品等领域的。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)大分子中同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶具有温度敏感特性。当溶液体系的温度升高到30-35℃之间时，在一定温度下会发生相分离，表现出最低临界溶液温度(LSCT)。利用PNIPAAm凝胶对温度变化的自动响应特性可以实现药物的可控释放，催化，物料分离。但制备PNIPAM水凝胶的常用交联剂是亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、二甲基丙烯酸乙二酯、戊二醛等。这些交联剂不足之处就是它们都不具有生物相容性，有的甚至有毒，而且不降解。作为药物控释载体材料及医用生物高分子材料，不仅需要有高的生物相容性，而且在人的体内能够降解，降解的产物也要能参与到人体的新陈代谢中。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法，该合成方法采用生物降解性交联剂代替常用的交联剂来合成PNIPAM水凝胶，此种方法合成聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶会在一定的时间因交联剂的降解而本身结构发生分解，分解的产物中如聚乳酸、聚乙二醇可参与人体的新陈代谢，扩大PNIPAM水凝胶在给药技术领域、组织工程领域和生物医药的应用，特别可用此凝胶作为药物的载体有效进行控制性药物释放。
本发明的技术解决方案是该合成方法包括以下步骤：首先，制备生物降解性交联剂，由有良好生物相容性和生物可降解性的乳酸的二聚体丙交酯和具有良好生物相容性聚乙二醇聚合形成中间体，将此中间体通过化学反应在两端引入碳碳双键合成生物降解性交联剂；其次，制备生物可降解温敏性凝胶，由N-异丙基丙烯酰胺、引发剂、生物降解性交联剂溶解在二次蒸馏水，加入加速剂聚合得生物可降解温敏性凝胶。
本发明的一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法中，采取以下具体步骤合成生物可降解温敏性凝胶：1、称取重量比为1∶2的丙交酯和聚乙二醇(PEG2000)置于反应器中，充分搅拌，通氮气30分钟后加反应物重量的4-6‰的辛酸亚锡，再通氮气加热到120℃-160℃，反应6h，黄色透明蜡状产物用氯仿溶解，再加正己烷沉淀数次，过滤，真空干燥得聚乙二醇丙交酯共聚物；
2、将聚乙二醇丙交酯共聚物用二氯甲烷溶解加到反应器中，加入三乙胺，恒压漏斗中的体积比为2∶5的丙烯酰氯和二氯甲烷缓慢滴加入反应器，冰浴搅拌反应8-15h，室温反应12h，调节pH至中性，过滤，用大量的乙醚沉淀数次，产物50℃真空干燥，得到双烯可降解交联剂；其中，丙烯酰氯与聚乙二醇丙交酯共聚物的重量比为5∶9-5∶6，丙烯酰氯与三乙胺的重量比为：1∶2-5∶2；
3、在反应器中加入单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、双烯可降解交联剂和过硫酸铵，二次蒸馏水使其充分溶解，通氮气30分钟；双烯可降解交联剂与单体N-异丙基丙烯酰胺的重量比为1∶0.6-4.0，过硫酸铵与单体N-异丙基丙烯酰胺的重量比为1∶10-80；
4、将5-10mg的偏重硫酸钠放入到2mL二次蒸馏水中充分溶解，再加入上述反应器中，再通氮气30min，将反应器密封放入超级恒温槽中反应温度为15-25℃引发聚合，聚合5-15小时得到凝胶；
5、取出上述的凝胶，用二次蒸馏水冲洗几次凝胶，再放在二次蒸馏水中浸泡15-30h，使其充分溶胀，溶解未反应的单体、引发剂等杂质，再放在40-70℃水中消胀，重复几次，在真空干燥箱中干燥至恒重，得到淡黄色干胶。
本发明具有以下优点：1、合成的PNIPAM凝胶具有生物可降解性和温敏性能以及良好的生物相容性；2、合成的PNIPAM凝胶具有均匀的大的孔径结构，较好的溶胀性能，凝胶的溶胀性具有可逆性，可以反复溶胀和消胀；3、合成的PNIPAM凝胶具有较高的机械强度，不需要加入其它物质共聚来改变机械强度；4、当相转变温度发生改变时，可以根据加入的交联剂的量来改变水凝胶的LCST；5、凝胶的合成方法安全可靠、操作简单，反应条件温和，反应介质为水，不采用有机溶剂；6、合成的PNIPAM凝胶在酶的分离纯化和药物的控制释放等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明合成方法制得凝胶的电镜扫描图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实例1：采取以下步骤合成生物可降解温敏性凝胶：1、称取4g聚乙二醇(PEG2000)、1g丙交酯加到50mL的三颈烧瓶中，充分搅拌，通氮气30min后加30mg辛酸亚锡，再通氮气加热到120℃，反应6h，黄色透明蜡状产物用氯仿溶解，再加正己烷沉淀三次，过滤，真空干燥得聚乙二醇丙交酯共聚物；
2、将4g的聚乙二醇丙交酯共聚物用40mL二氯甲烷溶解加到100mL的圆底烧瓶中，加入2mL三乙胺，恒压漏斗中将2mL丙烯酰氯溶解在20mL二氯甲烷后缓慢滴加入圆底烧瓶，冰浴搅拌反应8h，室温反应12h，调节pH至中性，过滤，用大量的乙醚沉淀三次，产物50℃真空干燥，得到双烯可降解交联剂；
3、在试管中加入0.3g单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、0.2g双烯可降解交联剂和10mg过硫酸铵，用5mL二次蒸馏水使其充分溶解，通氮气30min；
4、将5mg偏重硫酸钠配制成2mL水溶液倒入上述试管中，再通氮气30min，将试管密封放入的超级恒温槽中，在15℃引发聚合，聚合5h得到凝胶；
5、取出上述的凝胶，用二次蒸馏水冲洗三次凝胶，再放在二次蒸馏水中浸泡15h，使其充分溶胀，溶解未反应的单体、引发剂等杂质，再放在40℃水中消胀，重复三次，将凝胶切成厚约3mm的薄片，放在表面皿中，在真空干燥箱中干燥至恒重，得到淡黄色干胶。
实例2：采取以下步骤合成生物可降解温敏性凝胶：1、称取6g聚乙二醇(PEG2000)、2.5g丙交酯加到50mL的三颈烧瓶中的烧瓶中，充分搅拌，通氮气30min后加45mg辛酸亚锡，再通氮气加热到140℃，反应6h，黄色透明蜡状产物用氯仿溶解，再加正己烷沉淀三次，过滤，真空干燥得聚乙二醇丙交酯共聚物；
2、将5.5g的聚乙二醇丙交酯共聚物用40mL二氯甲烷溶解加到100mL的圆底烧瓶中，加入3.5mL三乙胺，恒压漏斗中将3.5mL丙烯酰氯溶解在20mL二氯甲烷缓慢滴加入圆底烧瓶中，冰浴搅拌反应12h，室温反应12h，调节pH至中性，过滤，用大量的乙醚沉淀三次，产物50℃真空干燥，得到双烯可降解交联剂；
3、在试管中加入的0.55g单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、0.35g双烯可降解交联剂和20mg过硫酸铵，用10mL二次蒸馏水使其充分溶解，通氮气30min；
4、将10mg偏重硫酸钠配制成2mL水溶液倒入上述试管中，再通氮气30min，将试管密封放入的超级恒温槽中，在20℃下引发聚合，聚合10h得到凝胶；
5、取出上述的凝胶，用二次蒸馏水冲洗三次凝胶，再放在二次蒸馏水中浸泡23h，使其充分溶胀，溶解未反应的单体、引发剂等杂质，再放在55℃水中消胀，重复三次，将凝胶切成厚约3mm的薄片，放在表面皿中，在真空干燥箱中干燥至恒重，得到淡黄色干胶。
实例3：采取以下步骤合成生物可降解温敏性凝胶：1、称取8g聚乙二醇(PEG2000)、4g丙交酯加到50mL的三颈烧瓶中，充分搅拌，通氮气30min后加60mg辛酸亚锡，再通氮气加热到150℃，反应6h，黄色透明蜡状产物用氯仿溶解，再加正己烷沉淀三次，过滤，真空干燥，得聚乙二醇丙交酯共聚物；
2、将7g的聚乙二醇丙交酯共聚物用40mL二氯甲烷溶解加到100mL的圆底烧瓶中，加入5mL三乙胺，恒压漏斗中将5mL丙烯酰氯和溶解在20mL二氯甲烷，缓慢滴加入圆底烧瓶中，冰浴搅拌反应15h，室温反应12h，调节pH至中性，过滤，用大量的乙醚沉淀三次，产物50℃真空干燥，得到双烯可降解交联剂；
3、在试管中加入的0.8g单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、0.5g双烯可降解交联剂和30mg过硫酸铵，用15mL二次蒸馏水使其充分溶解，通氮气30min；
4、将15mg偏重硫酸钠配制成2mL水溶液倒入上述试管中，再通氮气30min，将试管密封放入的超级恒温槽中，25℃下引发聚合，聚合15h得到凝胶；
5、取出上述的凝胶，用二次蒸馏水冲洗三次凝胶，再放在二次蒸馏水中浸泡30h，使其充分溶胀，溶解未反应的单体、引发剂等杂质，再放在70℃水中消胀，重复三次，将凝胶切成厚约3mm的薄片，放在表面皿中，在真空干燥箱中干燥至恒重，得到淡黄色干胶。
扫描电子显微镜(SEM)测试上述三个实施例所得凝胶，发现此凝胶孔隙结构非常发达，为水分子等小分子提供了更为巨大的容纳空间，电镜扫描图如图1。
Claims (3)
1.一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法，其特征在于：首先制备生物降解性交联剂，乳酸的二聚体丙交酯和聚乙二醇聚合形成中间体，将此中间体通过化学反应在两端引入碳碳双键形成生物降解性的交联剂；其次，制备生物可降解温敏性凝胶，由N-异丙基丙烯酰胺、引发剂、生物降解性交联剂溶解在二次蒸馏水，加入加速剂加快聚合得生物可降解温敏性凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法，其特征在于采取以下具体步骤合成生物可降解温敏性凝胶：①称取重量比为1∶2的丙交酯和聚乙二醇到反应器中，充分搅拌，通氮气30min后加反应物重量的4-6‰的辛酸亚锡，再通氮气加热到120℃-160℃，反应6h，黄色透明蜡状产物用氯仿溶解，再加正己烷沉淀几次，过滤，真空干燥得聚乙二醇丙交酯共聚物；
②将聚乙二醇丙交酯共聚物用二氯甲烷溶解加到反应器中，加入三乙胺，恒压漏斗中的体积比为2∶5的丙烯酰氯和二氯甲烷缓慢滴加入反应器，冰浴搅拌反应8-15h，室温反应12h，调节pH至中性，过滤，用大量的乙醚沉淀数次，产物50℃真空干燥，得到双烯可降解交联剂；其中，丙烯酰氯与聚乙二醇丙交酯共聚物的重量比为5∶9-5∶6、丙烯酰氯与三乙胺的重量比为：1∶2-5∶2；
③在反应器中加入单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、双烯可降解交联剂和过硫酸铵，二次蒸馏水使其充分溶解，通氮气30min；其中，双烯可降解交联剂与单体N-异丙基丙烯酰胺的重量比为1∶0.6-4.0，过硫酸铵与单体N-异丙基丙烯酰胺的重量比为1∶10-80；
④将5-15mg的偏重硫酸钠溶解在2mL二次蒸馏水配成水溶液，加入上述反应器中，再通氮气30min，将反应器密封放入超级恒温槽15-25℃下引发聚合，聚合5-15h得到凝胶；
⑤取出上述的凝胶，用二次蒸馏水冲洗几次凝胶，再放在二次蒸馏水中浸泡15-30h，使其充分溶胀，溶解未反应的单体、引发剂杂质，再放在40-70℃水中消胀，重复几次，在真空干燥箱中干燥至恒重，得到淡黄色干胶。
3.根据权利要求2所述的一种生物可降解温敏性凝胶的合成方法，其特征在于：聚乙二醇为PEG2000。
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