CN103173934B

CN103173934B - 一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法

Info

Publication number: CN103173934B
Application number: CN201310125891.9A
Authority: CN
Inventors: 朱利民; 王蕾; 权静
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: CN103173934A

Abstract

本发明涉及一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法，包括：将壬二酸二乙烯酯与半乳糖溶于无水吡啶，加入碱性蛋白酶，反应，分离提纯，得到半乳糖乙烯脂；将上述半乳糖乙烯脂中加入N-异丙基丙烯酰胺、引发剂和溶剂，然后氮气保护下搅拌反应，聚合反应结束后得到半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物；将上述共聚物和PLCL加入溶剂中，搅拌，得纺丝液，然后进行静电纺丝，干燥，即得。该方法操作简单、产物易处理且经济环保，该膜表面固定半乳糖后，用于分离和纯化蛋白质，并且具有温敏性质，有更多的潜在应用。

Description

一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法

技术领域

本发明属于纳米纤维膜的制备及应用领域，特别涉及一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

糖与蛋白质，脂类和核酸一样，是构成生物体的重要成分。在细胞的构建，细胞的生物合成和细胞生命活动的调控中，糖均扮演着重要的角色。广泛存在的糖缀合物，包括糖蛋白，蛋白聚糖和糖脂，参与了蛋白的靶向，细胞识别一届抗体-抗原相互作用等重要生理过程。近年来对其结构和功能的研究成了继DNA和蛋白之后又一重要课题而备受人们的重视。人们尝试将糖基固定到不同载体表面来模拟糖的各种生物功能，从而深入研究糖与蛋白质的亲和性相互作用，实现了对蛋白质的检测和分离。

N-异丙基丙烯酰胺为丙烯酰胺衍生物的单体，由于分钟内有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，其均相聚合物具有较低的临界溶解温度（LCST）等良好的特性。由于其聚合物具有在32℃以上呈水不溶性这一特殊的溶解特性，正在开发用于制造某些感温性聚合物凝胶的原料。N-异丙基丙烯酰胺用通常的自由基聚合引发剂容易单独聚合，也容易共聚。因此，其成为当前热敏性高分子材料研究的热点。

静电纺丝是一种利用带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形制备纳米到亚微米尺寸聚合物纤维的技术。相对于一般方法制备的聚合物纤维，静电纺制备的纤维具有极大的比表面积，以及纤维表面具有小孔等特殊形态。静电纺丝还具有简单、方便、廉价等特点，从而激起了人们对其进行深入研究的浓厚兴趣。

糖基化纳米纤维的制备，目前主要有两种途径：一是通过含糖不饱和单体聚合合成含糖聚合物，再通过静电纺丝方法得到，这种方法可以很好的将纳米纤维的优点和糖基的功能性结合起来进而用于蛋白质的分离；二是通过大分子反应将糖基固定到纳米纤维的表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法，该方法操作简单、产物易处理且经济环保，该纳米纤维膜含有丰富的可反应亲水活性功能基团并且具有接近于体温的相变温度，提高了材料表面的非特异性吸附并且改善材料表面的生物相容性的同时，在相变特性的基础上可以有很多潜在的应用，如可以通过局部过热处理方法实现对肿瘤组织的温敏控制释放，也可以制备具有相变的组织工程支架。

本发明的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜的制备方法，包括

（1）将摩尔比为1-4：1的壬二酸二乙烯酯与半乳糖溶于无水吡啶，加入碱性蛋白酶，在40-60℃条件下，反应3-5天，分离提纯，得到半乳糖乙烯脂；其中碱性蛋白酶和壬二酸二乙烯酯与半乳糖的吡啶溶液的质量体积比为0.5-1.5g：50-100ml；

（2）将上述半乳糖乙烯脂中加入N-异丙基丙烯酰胺、引发剂和溶剂，然后在55-60℃氮气保护下搅拌反应3-8h，聚合反应结束后得到半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物；其中N-异丙基丙烯酰胺与半乳糖乙烯脂的摩尔比为1-50:1，引发剂占半乳糖乙烯脂和N-异丙基丙烯酰胺质量分数的0.2-2%；

（3）将上述半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL加入溶剂中，搅拌，得半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物纺丝液，然后进行静电纺丝，干燥，即得半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜，其中半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL质量和占纺丝溶液的质量百分比为3wt%-30wt%，半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL的摩尔比为1:1。

所述步骤（1）中反应在恒温振荡培养箱中进行，转速为210rpm。

所述步骤（1）中分离提纯为：用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯，展开剂为体积比为17:3:1的乙酸乙酯、甲醇和水，用I2显色。

所述步骤（2）中引发剂为偶氮二异丁腈AIBN，溶剂为无水乙醇，半乳糖乙烯酯和N-异丙基丙烯酰胺的质量和的无水乙醇溶液的浓度为2-3mol/L。

所述步骤（2）中聚合反应结束后，将产物经3500D透析膜除去没反应的半乳糖乙烯脂。所述步骤（3）中的溶剂为无水乙醇。

所述步骤（3）中半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物中，半乳糖乙烯脂与异丙基丙烯酰胺的摩尔比为5:1，10:1或15:1。

所述步骤（3）中静电纺丝工艺参数为：注射器规格为5ml，针头内径为0.4～0.7mm，喷出流速0.8～2ml/h，静电压10～18kV，接收屏采用铝箔接地接收，接受距离为10～20cm，采用正交方法（改变某一参数，固定其他的参数）调节纺丝参数进行电纺。

所述步骤（3）中干燥温度为30-60℃，干燥时间为24～48h。

所述步骤（3）所得的半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维膜应用于蛋白质的分离纯化、研究糖类和蛋白质特异性吸附机理。

糖基修饰丙温敏性纳米纤维在蛋白质的分离纯化中的应用。

将糖基修饰丙烯腈基纳米纤维膜浸入蛋白质混合溶液中，25℃和37℃下震荡吸附2小时，滤出，清洗。利用糖基与特定蛋白质的特异性吸附作用，纳米纤维会选择性的吸附蛋白质，用高浓度的糖溶液可以把蛋白质从纤维上洗脱下来，从而实现混合液中蛋白质的分离。

糖是生物分子中的一种，广泛存在于生物体内，是一类多羟基化合物，具有极强的亲水性，因此，把糖引入材料的表面，将有效改善材料表面的生物相容性。因此，含糖聚合物经常被用来改善材料的亲水性及抑制蛋白质等物质在材料表面的非特异性吸附。

温敏性含糖共聚物在肿瘤治疗中的应用。

将温敏性材料引入含糖物质中，可以实现对材料的温敏性控制，它与疏水高分子的嵌段共聚物常被用来制备胶束药物载体，可使共聚物的LCST达到37℃甚至更高，将其与脂肪族聚酯嵌段共聚后并制备成载药胶束，结合局部过热处理方法可实现对肿瘤组织的温敏控制释放。

本发明将N-异丙基丙烯酰胺和半乳糖乙烯脂共聚进行电纺，获得直径和孔径在纳米级半乳糖乙烯脂/丙烯腈共聚物纳米纤维膜。这种膜材料含有丰富的可反应亲水活性功能基团，提高了材料表面的非特异性吸附及改善材料表面的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力，并且具有可控的LCST值，具有实现药物的靶向释放等应用潜力。

本发明主要利用温敏性共聚物纳米纤维膜高的比表面积以及优良的热学相变性能等优点，将其作为糖基化的载体材料，掺入表面的生物相容性良好的合成半乳糖乙烯脂，通过调整溶剂及相关纺丝条件参数，成功的实现了电纺，为新型纳米生物活性材料的研发提供借鉴。

有益效果

（1）本发明采用水相沉淀聚合方法制备了半乳糖乙烯脂均聚物，制备方法操作简单、产物易处理且经济环保；

（2）本发明中N-异丙基丙烯酰胺共聚物纳米纤维制备简单，是一类比表面，高孔隙率的载体材料；

（3）本发明的膜材料含有丰富的可反应亲水活性功能基团并且具有接近于体温的相变温度，由于其表面含有特异性的糖基，因此提高了材料表面的糖基和凝集素的特异性吸附性能并改善材料表面的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力，在相变特性的基础上可以有很多潜在的应用，如可以通过局部过热处理方法实现对肿瘤组织的温敏控制释放，也可以制备具有相变的组织工程支架；

（4）本发明中糖基化纳米纤维用于蛋白质的特异性识别，高效，快速，有利于保持生物大分子的活性，并且可以多次重复使用，易于工业化生产。

附图说明

图1为对比例1所得的温敏性含糖共聚物纳米纤维膜的扫描电镜照片（丝电压为10kV，接收距离为15cm，喷射流速为1.0ml/h）；

图2为实施例1所得的温敏性含糖共聚物纳米纤维膜的扫描电镜照片（丝电压为10kV，接收距离为15cm，喷射流速为1.0ml/h）；

图3为实施例2所得的温敏性含糖共聚物纳米纤维膜的扫描电镜照片（丝电压为10kV，接收距离为15cm，喷射流速为1.0ml/h）；

图4为实施例3所得的温敏性含糖共聚物纳米纤维膜的扫描电镜照片（丝电压为10kV，接收距离为15cm，喷射流速为1.0ml/h）；

图5为BSA吸光度标准曲线；

图6为对比例1，实施例1-3在a:25℃;b:37℃条件下的BSA吸附曲线。

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

（1）将壬二酸二乙烯酯与半乳糖按一定的比例（4:1，摩尔比）溶解在无水吡啶中，利用酶促合成技术合成半乳糖乙烯脂。反应结束后，粗产物用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯，展开剂为乙酸乙酯、甲醇和水（17:3:1,v/v/v）,用I₂显色。将上述糖脂放于微量聚合管中，加入一定量的N-异丙基丙烯酰胺（与葡萄糖乙烯脂的摩尔比为7:1），用偶氮二异丁腈（AIBN）（占半乳糖乙烯脂和N-异丙基丙烯酰胺总质量的质量分数为2.0）作为引发剂，加入无水乙醇作溶剂（单体浓度为2.5mol/L无水乙醇）,密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于50～60℃氮气保护下搅拌反应6h。

（2）将一定质量的温敏性半乳糖乙烯脂共聚物和PLCL按照摩尔比为1:1加入无水乙醇中，共聚物中半乳糖脂与NIPAM的摩尔比为5:1，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全消失，搅拌形成均一纺丝液。

（3）用注射器抽取温敏性含糖共聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速1.0ml/h，静电压10kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10～20cm，采用正交方法（改变某一参数，固定其他的参数）调节不同纺丝参数进行电纺，得到温敏性含糖共聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中30～60℃恒温干燥36h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图2所示。

（4）半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL混纺纳米纤维膜对BSA的吸附

在0～100ug/mL范围内绘制BSA溶液标准曲线。用pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液分别制备系列浓度的BSA标准溶液，利用Bradford方法，用紫外分光光度计595nm处检测不同浓度BSA标准溶液的吸光度。然后以吸光度为纵坐标，BSA浓度为横坐标，制的该浓度范围的BSA吸光度标准曲线，如图5。

将实施例1制备的半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL混纺纳米纤维膜先后用PBS缓冲溶液预处理（20～30min），以除去膜表面的污染物，取0.5mg待测膜，剪碎后放入试管中，分别加入1～10mL相同浓度的BSA溶液，在25℃和37℃往返水域恒温振荡器恒温24h。待吸附平衡后，取出膜，测定试管中溶液在595nm处的吸收。对照标准曲线，记下该吸光值所对应的浓度。根据浓度的减少，来计算单位质量的膜上BSA吸附的量；吸附曲线如图6。

实施例2

（1）将壬二酸二乙烯酯与半乳糖按一定的比例（4:1，摩尔比）溶解在无水吡啶中，利用酶促合成技术合成半乳糖乙烯脂。反应结束后，粗产物用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯，展开剂为乙酸乙酯、甲醇和水（17:3:1,v/v/v）,用I₂显色。加入一定量的N-异丙基丙烯酰胺（与半乳糖乙烯脂的摩尔比为7:1），用偶氮二异丁腈（AIBN）（占半乳糖乙烯脂和N-异丙基丙烯酰胺总质量的质量分数为2.0）作为引发剂，加入无水乙醇作溶剂（单体浓度为2.5mol/L无水乙醇）,密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于55～60℃氮气保护下搅拌反应6h。

（2）将一定质量的温敏性半乳糖乙烯脂共聚物和PLCL按照摩尔比为1:1加入无水乙醇中，共聚物中半乳糖脂与NIPAM的摩尔比为10:1，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全消失，搅拌形成均一纺丝液。

（3）用注射器抽取温敏性含糖共聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速1.0ml/h，静电压10kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10～20cm，采用正交方法（改变某一参数，固定其他的参数）调节不同纺丝参数进行电纺，得直径为80～250nm的温敏性含糖共聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60～80℃恒温干燥24h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图3所示。

实施例3

（1）将壬二酸二乙烯酯与半乳糖按一定的比例（4:1，摩尔比）溶解在无水吡啶中，利用酶促合成技术合成半乳糖乙烯脂。反应结束后，粗产物用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯，展开剂为乙酸乙酯、甲醇和水（17:3:1,v/v/v）,用I₂显色。将上述糖脂放于微量聚合管中，加入一定量的N-异丙基丙烯酰胺（与半乳糖乙烯脂的摩尔比为7:1），用偶氮二异丁腈（AIBN）（占半乳糖乙烯脂和N-异丙基丙烯酰胺总质量的质量分数为2.0）作为引发剂，加入无水乙醇作溶剂（单体浓度为2.5mol/L无水乙醇）,密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于50～60℃氮气保护下搅拌反应6h。

（2）将一定质量的温敏性半乳糖乙烯脂共聚物和PLCL按照摩尔比为1:1加入无水乙醇中，共聚物中半乳糖脂与NIPAM的摩尔比为15:1，搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全消失，搅拌形成均一纺丝液。

（3）用注射器抽取温敏性含糖共聚物，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速1.0ml/h，静电压10kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10～20cm，采用正交方法（改变某一参数，固定其他的参数）调节不同纺丝参数进行电纺，得直径为80～250nm的温敏性含糖共聚物超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60～80℃恒温干燥24h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图4所示。

对比例1

（1）将N-异丙基丙烯酰胺溶解在无水乙醇中，加入偶氮二异丁腈（AIBN）作为引发剂（占N-异丙基丙烯酰胺的质量分数为2%），密封，用油泵抽真空后通氮气，反复多次。将体系置于55～60℃氮气保护下搅拌反应3h。反应结束后，用乙醚沉淀，去除没有反应的单体。

（2）将一定质量的聚-异丙基丙烯酰胺和PLCL按照摩尔比为1:1溶于无水乙醇中。搅拌数小时至完全溶解，静置数小时使纺丝液中气泡完全消失，搅拌形成均一纺丝液，得到浓度为20g/ml的聚-异丙基丙烯酰胺纺丝溶液。

（3）用注射器抽取聚-异丙基丙烯酰胺纺丝溶液，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速1.0～1.5ml/h，静电压10～18kV，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10～20cm，采用正交方法（改变某一参数，固定其他的参数）调节不同纺丝参数进行电纺，得直径为80～250nm的聚-异丙基丙烯酰胺超细纳米纤维膜；放入真空干燥箱中60～80℃恒温干燥24h，制成再生纳米复合膜，其电镜照片如图1所示。

Claims

1.一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，包括：

(1)将摩尔比为1-4:1的壬二酸二乙烯酯与半乳糖溶于无水吡啶，加入碱性蛋白酶，在40-60℃条件下，反应3-5天，分离提纯，得到半乳糖乙烯脂；其中碱性蛋白酶和壬二酸二乙烯酯与半乳糖的吡啶溶液的质量体积比为0.5-1.5g：50-100ml；

(2)将上述半乳糖乙烯脂中加入N-异丙基丙烯酰胺、引发剂和溶剂，然后在55-60℃氮气保护下搅拌反应3-8h，聚合反应结束后得到半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物；其中加入的N-异丙基丙烯酰胺与半乳糖乙烯脂的摩尔比为1-50:1，引发剂占半乳糖乙烯脂和N-异丙基丙烯酰胺质量分数的0.2-2％；

(3)将上述半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL加入溶剂中，搅拌，得半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纺丝液，然后进行静电纺丝，干燥，即得半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜，其中半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL占纺丝溶液的质量百分比为3wt％-30wt％，半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL的摩尔比为1:1；其中半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜在蛋白质的分离纯化中的应用；其中半乳糖乙烯脂/异丙基丙烯酰胺共聚物中，半乳糖乙烯脂与异丙基丙烯酰胺的摩尔比为5:1。

2.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应在恒温振荡培养箱中进行，转速为210rpm。

3.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中分离提纯为：用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为乙酸乙酯，展开剂为体积比为17:3:1的乙酸乙酯、甲醇和水，用I₂显色。

4.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中引发剂为偶氮二异丁腈AIBN，溶剂为无水乙醇，半乳糖乙烯酯和N-异丙基丙烯酰胺质量和的无水乙醇溶液的浓度为2-3mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中聚合反应结束后，将产物经3500D透析膜除去没反应的半乳糖乙烯脂。

6.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的溶剂为无水乙醇。

7.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中静电纺丝工艺参数为：注射器规格为5ml，针头内径为0.4～0.7mm，喷出流速0.8～2ml/h，静电压10～18kV，接收屏采用铝箔接地接收，接受距离为10～20cm。

8.根据权利要求1所述的一种半乳糖乙烯酯/异丙基丙烯酰胺共聚物和PLCL复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中干燥温度为30-60℃，干燥时间为24～48h。