CN103319661B - 琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物及其制备方法。该聚合物的结构式如下式所示：

Description

琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物及其制备方法，属于具有高临界溶解温度的温度敏感型材料领域。

背景技术

常用的将合成高分子接枝到多糖上的方法有：铈离子引发，芬顿试剂，γ射线引发等。但是采用上述几种引发体系，往往由于非特异性的引发或链转移或多糖主链降解等而导致接枝产物中混有不需要的均相聚合物。另外，这些方法无法实现对分子量及分子量分布的控制。相反，近年来发展起来的可控活性聚合CRP能够减少链转移副反应并精确控制分子量及其分布。原子转移自由基聚合ATRP尤其作为一种强有力的接枝聚合方法，适用的引发剂、单体、溶剂范围广。

聚硫代甜菜碱丙烯酸类两性离子聚合物是一种同时含有正负电荷且净电荷为零的一种聚电解质，与聚阳离子或聚阴离子电解质的主要差别在于其分子链中同时存在等量的阴阳离子，能够产生不同形式的自结合作用，从而导致了其特殊的高临界溶解温度（UCST）温敏行为。当温度低于UCST时，由于分子内和分子间的静电作用，聚合物链发生自缔合，不溶于水，溶液为浑浊状态；当温度高于UCST时，分子内和分子间的静电作用减弱，聚合物解缔合，分子链伸展，水溶性增大，溶液逐渐变得透明，发生相转变过程。同时，聚硫代甜菜碱丙烯酸类两性离子聚合物化学和热稳定性好、水化能力强且含有不易受溶液pH值影响。离子化的水合层能够阻止蛋白质靠近材料，使其具有极好的抗蛋白质吸附能力。

琼脂糖为天然多糖，具有良好的生物相容性，能够通过氢键作用形成物理凝胶，同时其链上含有大量的羟基，有利于后期对其进行修饰。采用ATRP方法将两性离子功能基团引入琼脂糖主链后，使其兼具两性离子功能基团性质的同时，可以控制羟基的含量以调节其温敏性质，琼脂糖凝胶作为微囊材料已证明能用于细胞包埋及培养。

发明内容

本发明的目的在于提供一种琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物及其制备方法。所述的这种接枝聚合物为具有高临界溶解温度的温度敏感型材料，其凝胶可作为细胞微囊化的微载体材料，其制备方法过程简单。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物，其特征在于：该聚合物是在琼脂糖的羟甲基上引入聚硫代甜菜碱丙烯酸酯作为侧链，其结构式如式1所示，式1的缩写为：P-Br _x -g-PSBMA _y , 其中x为琼脂糖基引发剂的取代度为0.1~0.9，y为硫代甜菜碱丙烯酸酯单体的接枝长度为1~200；该聚合物的红外特征图谱中特征峰为：1740 cm^-1处为酯键C=O的伸缩振动峰；1040 cm^-1处为S=O基团的对称伸缩振动峰；1183 cm^-1处为S=O基团的不对称伸缩振动峰；928 cm^-1处为S-O基团的伸缩振动峰；1487 cm^-1处-N⁺(CH₃)₂基团中的C-H对称伸缩振动峰；其性质外观为白色粉末，具有典型的高临界溶解温度，其温度范围为：0~60℃。

式 1

上述结构的琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）  琼脂糖溶液的配制：在80℃-100℃的机械搅拌下，将琼脂糖加入到无水

N，N-二甲基甲酰胺溶液中至完全溶解，配制成浓度为1~100mg/mL的琼脂糖溶液，冷却，按琼脂糖与4-二甲基吡啶的摩尔比例（1~10）:1将4-二甲基吡啶加入到琼脂糖溶液中，搅拌，得到活化的琼脂糖溶液；

2）  琼脂糖基引发剂的合成：将步骤1）制备的活化的琼脂糖溶液置于冰水混

合物中，按琼脂糖与三乙胺摩尔比1:（1~10）将三乙胺直接加入到琼脂糖溶液中，然后按琼脂糖与溴-异丁酰溴摩尔比1: （1~10）将溴-异丁酰溴滴加到琼脂糖溶液中，机械搅拌下反应6~48h；再将产物滴加到乙醇中沉淀，经离心分离，滤饼用水洗涤至无残余酰溴、三乙胺及其盐酸盐，干燥10~24h，得到白色的琼脂糖基引发剂；

3）  琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物的合成：在氮气或氩气保护下，

将步骤2) 得到的琼脂糖基引发剂与单体硫代甜菜碱丙烯酸酯及配位剂2，2’-联吡啶、催化剂溴化亚铜按照摩尔比为（1~10）：（1~200）：（1.5~15）：(1.5~15)，首先将引发剂、单体、配位剂加入到二甲基亚砜中，对反应体系抽真空-通氮气/氩气，再加入催化剂，室温下进行原子转移自由基聚合反应12~24h，将反应后的产物滴加到体积比为（50~500）:（1~5）:（1~5）的甲醇：水：盐酸的混合液中沉淀，经离心分离，滤饼用甲醇洗涤至白色，真空干燥10~24h，得到琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物。

本发明的优点在于，采用了生物相容性非常好的天然多糖琼脂糖做主链，通过酯化的方法将其活化成为能够引发活性聚合的端基溴引发剂，又因其主链上仍有大量的羟基未参与反应，为产物的后期修饰提供了大量的反应位点，并能通过氢键作用原位形成物理凝胶。而含有正负电荷且净电荷为零的两性离子侧链聚硫代甜菜碱丙烯酸酯已广泛被研究用于抗蛋白质吸附，同时其具有特征性的高临界溶解温度这一温敏特性。将两者结合起来，既能利用两性侧链的抗蛋白质吸附性质及温敏性质，又能利用琼脂糖主链上的氢键形成凝胶的性质。与其他方法相比，这种两性离子接枝多糖的制备方法，反应条件温和易控，侧链接枝密度及接枝长度可调节。利用聚电解质自身官能团的特性，通过降低温度，可以使接枝聚合物形成纳米尺度的聚集体并进一步形成物理凝胶，可用于药物控释，基因载体和细胞微囊化等，因此有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实例1中所制的琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物的FT-IR谱图。其中，（a）琼脂糖；（b）琼脂糖基引发剂；（c）琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物。

图2为本发明实例1、2、3、4中所制的四种不同的琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物透光率与温度的关系图。

图3为本发明实例1中制备的接枝聚合物在温度90℃水中呈现溶解状态的透射电镜。

图4为本发明实例1中制备的接枝聚合物在温度17℃水中呈现不溶解状态的透射电镜。

具体实施方式

下面通过实例详述本发明，当然本发明不限定于下述的实施例。

实施例所用的主要原料为：琼脂糖（由青岛碧水寒天有限公司提供）、硫代甜菜碱丙烯酸酯、溴-异丁酰溴、溴化亚铜（由西格玛奥德里奇贸易有限公司提供）、三乙胺、2，2’-联吡啶、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺等均为分析纯。

实例1：

1）量取50 mL的无水N，N-二甲基甲酰胺加入250 mL三口瓶中，称取1g

琼脂糖加入其中，加热至90℃，机械搅拌4 h使琼脂糖完全溶解。冷却至室温，加入0.066g的4-二甲基吡啶活化琼脂糖的羟甲基，反应1 h。结束后将体系置于冰水混合物中。

2）量取2mL的三乙胺，加入上述琼脂糖溶液中。量取0.75 mL溴-异丁酰

溴溶解于30 mL无水N，N-二甲基甲酰胺溶液中，然后滴加到琼脂糖溶液中，控制滴加速度为每5秒一滴。反应24h，将反应液滴加到200mL乙醇中。将得到的沉淀物用去离子水洗涤，经离心分离，真空干燥12h，得到白色的琼脂糖基引发剂。

3） 称取上述白色粉末状琼脂糖基引发剂0.1g，单体硫代甜菜碱丙烯酸酯

4.23g，配位剂2，2’-联吡啶0.035g，溶解于100 mL 的二甲基亚砜溶液，置于Schlenk反应管中，采用液氮将上述体系冻实，抽真空-通氮气20min，保持通氮气的同时加入催化剂溴化亚0.033g，迅速将体系密封，抽真空-通氮气重复三次，解冻。聚合温度为室温，反应时间为24 h。待反应结束后，用200mL冰甲醇溶液作为沉淀剂，其中甲醇：盐酸：去离子水（v/v/v） = 200mL:1 mL:1 mL，洗涤沉淀至滤饼呈白色，经离心分离，将产物置于真空干燥箱中12 h，得到白色粉末状琼脂糖基硫代甜菜碱接枝聚合物P-Br _0.6 -g-PDMAPS ₁₀₀ 。该聚合物的UCST为57℃。

实例2：

本实例与实例1的步骤基本相同，不同之处在于：将实例1中步骤3）中的单体硫代甜菜碱丙烯酸酯由4.23g改为0.423g；相应地，将实例1中步骤3）中的二甲基亚砜溶液用量由100mL变化为10 mL。得到白色粉末状琼脂糖基硫代甜菜碱接枝聚合物P-Br _0.6 -g-PDMAPS ₁₀ 。该聚合物的UCST为17℃。

实例3：

本实例与实验1的步骤基本相同，不同之处在于：将实例1中步骤2）中的溴-异丁酰溴由0.75mL改为0.25mL；将实例1中步骤3）中的单体硫代甜菜碱丙烯酸酯由4.23g改为1.66g。得到白色粉末状琼脂糖基硫代甜菜碱接枝聚合物P-Br _0.2 -g-PDMAPS ₁₀₀ 。该聚合物的UCST为49℃。

实例4：

本实例与实例2的步骤基本相同，不同之处在于：将实例2中步骤2）中的溴-异丁酰溴由0.75mL改为0.25mL；将实例2中步骤3）中的单体硫代甜菜碱丙烯酸酯由0.423g改为0.166g。得到白色粉末状琼脂糖基硫代甜菜碱接枝聚合物P-Br _0.2 -g-PDMAPS ₁₀ 。该聚合物的UCST为11℃。

上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明不限定于上述的实施例。在不背离本发明的精神实质和原理的基础上所作的形式上和细节上的任何改变，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物，其特征在于：该聚合物是在琼脂糖的羟甲基上引入聚硫代甜菜碱丙烯酸酯作为侧链，其结构式如式1所示，式1的缩写为：P-Br _x -g-PSBMA _y , 其中x为琼脂糖基引发剂的取代度：0.1~0.9，y为硫代甜菜碱丙烯酸酯单体的接枝长度：1~200；该聚合物的红外特征图谱中特征峰为：1740 cm^-1处为酯键C=O的伸缩振动峰；1040 cm^-1处为S=O基团的对称伸缩振动峰；1183 cm^-1处为S=O基团的不对称伸缩振动峰；928 cm^-1处为S-O基团的伸缩振动峰；1487 cm^-1处为-N⁺(CH₃)₂基团中的C-H对称伸缩振动峰；其性质外观为白色粉末，具有典型的高临界溶解温度，其温度范围为：0~60℃。

                                                 

式 1

2.一种按权利要求1所述的琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）  琼脂糖溶液的配制：在80℃-100℃的机械搅拌下，将琼脂糖加入到无水

N，N-二甲基甲酰胺溶液中至完全溶解，配制成浓度为1~100mg/mL的琼脂糖溶液，冷却，按琼脂糖与4-二甲基吡啶的摩尔比例（1~10）:1将4-二甲基吡啶加入到琼脂糖溶液中，搅拌，得到活化的琼脂糖溶液；

2） 琼脂糖基引发剂的合成：将步骤1）制备的活化的琼脂糖溶液置于冰水

混合物中，按琼脂糖与三乙胺摩尔比1:（1~10）将三乙胺直接加入到琼脂糖溶液中，然后按琼脂糖与溴-异丁酰溴摩尔比1: （1~10）将溴-异丁酰溴滴加到琼脂糖溶液中，机械搅拌下反应6~48h；再将产物滴加到乙醇中沉淀，经离心分离，滤饼用水洗涤至无残余酰溴、三乙胺及其盐酸盐，干燥10~24h，得到白色的琼脂糖基引发剂；

3） 琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物的合成：在氮气或氩气保护下，

将步骤2) 得到的琼脂糖基引发剂与单体硫代甜菜碱丙烯酸酯及配位剂2，2’-联吡啶、催化剂溴化亚铜按照摩尔比为（1~10）：（1~200）：（1.5~15）：(1.5~15)，首先将引发剂、单体、配位剂加入到二甲基亚砜中，对反应体系抽真空-通氮气/氩气，再加入催化剂，室温下进行原子转移自由基聚合反应12~24h，将反应后的产物滴加到体积比为（50~500）:（1~5）:（1~5）的甲醇：水：盐酸的混合液中沉淀，经离心分离，滤饼用甲醇洗涤至白色，真空干燥10~24h，得到琼脂糖基硫代甜菜碱丙烯酸酯接枝聚合物。