CN102660841A - 双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法 - Google Patents

双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法,组分包括质量比为10∶1的双亲水温敏性聚合物和乳酸聚合物。制备方法包括:(1)葡萄糖二酸二乙烯酯和N-异丙基丙烯酰胺通过自由基聚合反应得双亲水温敏性聚合物;(2)将高聚物溶于溶剂中,搅拌1-4h,超声脱气,得到纺丝原液A;(3)将聚乳酸高聚物溶于溶剂中,搅拌1-8h,超声脱气,得到纺丝原液B;(4)将两者混合,静电纺丝,得到双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡。本发明方法连续可行,操作简便易行,易于工业化,所得纳米纤维毡可载药,调控药物的释放;也可用于植入缓释体系;也可用于组织工程支架等领域。

Description

双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法
技术领域
本发明属于环境敏感型纳米纤维毡及其制备领域,特别涉及一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法。
背景技术
生物医用高分子材料被广泛应用于生命科学、医学和材料科学等领域,是用于诊断、治疗、修复或替代组织和器官的高分子材料。在医学领域,尤其是在临床上已广泛用于药物控制释放、人工器官、牙科材料和组织工程等领域。经过多年的发展,生物医用高分子已经广泛应用于生物医用材料领域。
一种能够对周围环境的变化作出相应响应的新材料,就是智能材料,它已在现代医学治疗中具有极大的应用前景。智能高分子材料是其中极为重要和应用十分广泛的一类,当高分子受到外界环境的物理、化学乃至生物信号变化刺激时,自身的某些物理或者化学性质会发生相应的变化,也常被称为“刺激响应型聚合物”或“环境敏感型聚合物”等。
在各类刺激响应型聚合物中,温度响应型聚合物由于其实现条件简单而倍受青睐。其中研究最广泛的具有温度敏感性的聚合物是聚(N-异丙基丙烯酰胺),它在水溶液中大约32℃具有一个较低临界溶解温度(LCST)。聚(N-异丙基丙烯酰胺)及其衍生物所具有的这种特殊的热敏感性已经被应用于药物的控制释放、植入式药物缓释体、组织工程支架,固定化酶和免疫分析等多方面。
环境敏感型纳米纤维毡所受的关注度越来越高,因为其超高的比表面积,随环境的温度、pH的改变所表现出来的亲疏水性的改变和超强的离子吸收力等等,这些优势足以引起纳米载药释放体系研究人员重视。
纳米纤维的制备方法有很多种,生物发酵法、絮凝沉淀法、湿法纺丝、喷雾拉丝、熔融纺丝、静电纺丝,等等。但是,静电纺丝是既2001年,Ignatious等最早开始这方面研究报道,在他们的专利中,公布了多种用电纺纳米载药纤维制备的口服速效药物释放体系。
由于一些药物亲疏水不同,所需要释放的条件也不同,依靠科生物降解的环境友好型材料,利用纳米材料通过静电纺丝技术所得的纳米纤维毡,其对温度的敏感性和亲疏水性的变化来控制不同性质、不同需求的药物控制释放是很明智的选择的。
鉴于以上原因,研究新型双亲水温敏性聚合物和乳酸聚合物复合纳米纤维毡显得意义重大,目前的研究文献以及专利,有利用不同亲疏水高聚物来控制药物的释放的文章,但是,刺激响应性聚合物存在制备过程复杂,实验条件过高,工业化困难等不足等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡及其制备方法,该方法连续可行,操作简便易行,易于工业化,所得纳米纤维毡可载药,调控药物的释放;也可用于植入缓释体系;也可用于组织工程支架等领域。
本发明的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡,所述复合纳米纤维毡的组分包括质量比为10∶1的双亲水温敏性聚合物和乳酸聚合物。
所述双亲水温敏性聚合物由摩尔比为1∶1~1∶15的葡萄糖二酸二乙烯酯和N-异丙基丙烯酰胺通过自由基聚合反应而得。
所述乳酸聚合物为聚左旋乳酸、聚(乳酸-羟基乙酸)或聚己内酯。
本发明的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,包括:
(1)在氮气保护下,将摩尔比为1∶1~1∶15的葡萄糖二酸二乙烯酯单体和N-异丙基丙烯酰胺单体混合,用引发剂引发聚合,通过沉淀剂与共溶剂,反复沉淀和溶解,洗掉未反应的单体,最后真空干燥,得到双亲水温敏性聚合物;
(2)将上述双亲水温敏性聚合物按质量体积比0.2-0.4g∶1ml溶于溶剂中,搅拌1-4h,超声脱气,得到纺丝原液A;
(3)将聚乳酸高聚物按质量体积比0.1-0.2g∶1ml溶于溶剂中,搅拌1-8h,超声脱气,得到纺丝原液B;
(4)将步骤(2)和(3)所得的纺丝原液A和B按体积比1∶10-10∶1混合,搅拌1-4h,超声脱气,得到静电纺丝溶液,进行静电纺丝,得到双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡。
所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈AIBN,与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1∶1-1∶100。
所述步骤(1)中的沉淀剂为乙酸乙酯、石油醚、二氧六环、乙醚、丙酮中的一种或几种。
所述步骤(1)中的共溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、酮类、醇类中的一种或几种。
所述步骤(2)中的溶剂为水、酒精、丙酮、二氯甲烷的一种或几种。
所述步骤(3)中的溶剂为丙酮、氯仿、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的一种或几种。
所述步骤(4)中的静电纺丝工艺参数为:温度20-35℃,相对湿度25%-75%,电压5kv-15kv,流速0.1mL/h-3mL/h,针头和接收板的距离5cm-25cm,所用的针头内径0.5-1.4mm。
双亲水温度响应性聚合物的较低临界溶解温度范围在34~45℃。
本发明的一种静电纺丝制备新型双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡,首先通过将酶促合成的双亲水无规共聚物和疏水乳酸类聚合物共混,用溶剂溶解后超声脱气,再在一定的温度和湿度的环境中静电纺丝,过夜干燥后得到纳米纤维毡。该材料可以应用于药物控制释放、组织工程支架蛋白质分离提纯、基因传输等相关领域。
有益效果
(1)所用聚合单体糖类来源丰富,价格低廉,成本较低;
(2)所得聚合物分子量分布较窄,温度响应快速,温敏效果明显;
(3)所得的那你纤维毡有一定的韧性和机械强度,比表面积大;
(4)本方法合成路线简洁,不需要保护基团以及去保护的步骤,反应条件温和,毒性低,易于工业化,进一步降低了成本;
(5)通过调节溶剂类型和配比,调节两类亲疏水聚合物的比例,利用连续简单的静电纺丝技术,获得不同直径的均匀的纳米纤维毡。
附图说明
图1为本发明静电纺丝纳米纤维毡电镜图A及其直径分布图B;
图2为本发明温敏型亲水聚合物A和聚乳酸B结构图;
图3为溶解的亲水聚合物静电纺丝液随温度变化趋势图,左边浑浊的为高于32℃,右边为低于32℃。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入3.96g N-异丙基丙烯酰胺、2.34g葡萄糖己二酸二乙烯酯和0.126g AIBN,完全溶解于5mL DMF中,密封,反复抽真空通氮气多次后,将反应体系置于60℃在氮气保护下搅拌反应24h,之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量乙醚中,后将乙醚倾出,将白色固体沉淀物再次溶解于微量乙醇中,反复沉淀、溶解,直到未反应单体全部洗出,置于真空干燥箱中于37℃干燥24h得到白色固体粉末。
将得到的白色固体粉末0.2g,溶解于1mL纯酒精中,磁力搅拌4h,超声脱气5min。
将聚(乳酸-羟基乙酸)0.2g,溶解于1mL体积比为1∶1的二氯甲烷和丙酮的混合溶液中,磁力搅拌4h,超声脱气5min。
将前两者按体积比10∶1混合,磁力搅拌4h,在温度是25℃,湿度是45%的封闭环境中静电纺丝,纺丝具体条件:电压10kv,流速1mL/h,针头内径为0.9mm,针头离铝箔的接收距离是15cm。纳米纤维毡电镜图及其直径分布图见图1。
实施例2
在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入3.96g N-异丙基丙烯酰胺、2.34g葡萄糖己二酸二乙烯酯和0.126g AIBN,完全溶解于5mL DMF中,密封,反复抽真空通氮气多次后,将反应体系置于60℃在氮气保护下搅拌反应24h,之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量乙醚中,后将乙醚倾出,将白色固体沉淀物再次溶解于微量乙醇中,反复沉淀、溶解,直到未反应单体全部洗出,置于真空干燥箱中于37℃干燥24h得到白色固体粉末。
将得到的白色固体粉末0.4g,溶解于1mL体积比为1∶1的酒精与水的混合溶液中,磁力搅拌3h,超声脱气4min。
将聚己内酯0.2g,溶解于1mL氯仿中,磁力搅拌5h,超声脱气10min。
将前两者按体积比1∶10混合,磁力搅拌3h,在温度是30℃,湿度是65%的封闭环境中静电纺丝,纺丝具体条件:电压12.5kv,流速1.5mL/h,针头内径为0.9mm,针头离铝箔的接收距离是12cm。
实施例3
在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入3.96g N-异丙基丙烯酰胺、2.34g葡萄糖己二酸二乙烯酯和0.126g AIBN,完全溶解于5mL DMF中,密封,反复抽真空通氮气多次后,将反应体系置于60℃在氮气保护下搅拌反应24h,之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量乙醚中,后将乙醚倾出,将白色固体沉淀物再次溶解于微量乙醇中,反复沉淀、溶解,直到未反应单体全部洗出,置于真空干燥箱中于37℃干燥24h得到白色固体粉末。
将得到的白色固体粉末0.4g,溶解于2mL体积比为1∶1的酒精与水的混合溶液中,磁力搅拌3h,超声脱气4min。
将聚乳酸0.1g,溶解于1mL体积比为1∶1的酒精与二氯甲烷的混合溶液中,磁力搅拌5h,超声脱气5min。
将前两者按体积比1∶1混合,磁力搅拌1h,在温度是30℃,湿度是40%的封闭环境中静电纺丝,纺丝具体条件:电压15kv,流速1.5mL/h,针头内径为0.9mm,针头离铝箔的接收距离是18cm。

Claims (10)

1.一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡,其特征在于:所述复合纳米纤维毡的组分包括质量比为10∶1的双亲水温敏性聚合物和乳酸聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡,其特征在于:所述双亲水温敏性聚合物由摩尔比为1∶1~1∶15的葡萄糖二酸二乙烯酯和N-异丙基丙烯酰胺通过自由基聚合反应而得。
3.根据权利要求1所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡,其特征在于:所述乳酸聚合物为聚左旋乳酸、聚(乳酸-羟基乙酸)或聚己内酯。
4.一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,包括:
(1)在氮气保护下,将摩尔比为1∶1~1∶15的葡萄糖二酸二乙烯酯单体和N-异丙基丙烯酰胺单体混合,用引发剂引发聚合,通过沉淀剂与共溶剂,反复沉淀和溶解,洗掉未反应的单体,最后真空干燥,得到双亲水温敏性聚合物;
(2)将上述双亲水温敏性聚合物按质量体积比0.2-0.4g∶1ml溶于溶剂中,搅拌1-4h,超声脱气,得到纺丝原液A;
(3)将聚乳酸高聚物按质量体积比0.1-0.2g∶1ml溶于溶剂中,搅拌1-8h,超声脱气,得到纺丝原液B;
(4)将步骤(2)和(3)所得的纺丝原液A和B按体积比1∶10-10∶1混合,搅拌1-4h,超声脱气,得到静电纺丝溶液,进行静电纺丝,得到双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡。
5.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈,与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1∶1-1∶100。
6.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的沉淀剂为乙酸乙酯、石油醚、二氧六环、乙醚、丙酮中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的共溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、酮类、醇类中的一种或几种。
8.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的溶剂为水、酒精、丙酮、二氯甲烷的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中的溶剂为丙酮、氯仿、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的一种或几种。
10.根据权利要求4所述的一种双亲水温敏性聚合物/乳酸聚合物复合纳米纤维毡的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的静电纺丝工艺参数为:温度20-35℃,相对湿度25%-75%,电压5kv-15kv,流速0.1mL/h-3mL/h,针头和接收板的距离5cm-25cm,所用的针头内径0.5-1.4mm。
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