CN103566842B - 一种多重响应的自修复叶酸凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多重响应的自修复叶酸凝胶及其制备方法。其中所述凝胶是由有机凝胶因子叶酸、水和有机溶剂组成的混合体系,是将叶酸在室温条件下溶解在水与有机溶剂制成的混合溶剂中,混合均匀,然后静置,待溶液成凝胶状得到。本发明的凝胶有着优良的光学特性,并且同时具有热,光,力,pH四重响应,在相应因素刺激下可以完成凝胶-溶液的可逆转变,为凝胶真正应用到医用材料、光学材料、智能材料、晶体生长模板等民生领域提供了一条新型可行的途径,具有广泛的应用前景。

Description

一种多重响应的自修复叶酸凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多重响应的自修复叶酸凝胶及其制备方法,属于功能材料领域。
背景技术
凝胶是一种处于液体和固体之间的物质,其按溶剂分类可分为水凝胶和有机凝胶,亦可分为物理凝胶和化学凝胶,其中物理凝胶即超分子凝胶,是通过分子间作用力(范德华力,π-π堆积,亲水憎水作用力,静电作用力)在溶剂中自组装形成的三维网状结构,是令人瞩目的软物质材料,近年来,人们对凝胶研究取得了许多重要的进展(T.Naota and H.Koori,J.Am.Chem.Soc.,2005,127,9324–9325;Sangeetha,N.M.;Maitra,U.Chemical SocietyReviews2005,34,821;Lloyd,G.O.;Clarke,N.;Steed,J.W.Chem.Rev.2010,110,1960;P.L.Nostro,I.Santoni,M.Bonini,P.Baglioni,Langmuir,19,2313.等)。凝胶的用途很多,总的包括控缓释,智能材料,细胞培养基,光学材料,分子器件等,常见的化妆品,隐形眼镜,果冻,固态酒精以及军事上所用的凝固汽油炸弹都是有机、水凝胶实际应用的例子。但是大部分所用的凝胶因子结构复杂,需要复杂的合成步骤。小分子凝胶因为其易制备,易功能化等特点,为凝胶的应用提供了更有利的途径。
叶酸(folic acid,简称FA)是由喋呤、对氨基苯甲酰基谷氨酸等片段组成的化合物。
叶酸是一种水溶性B族维生素,是人体在利用糖分和氨基酸时的必要物质,促进机体细胞生长和繁殖,对人体起到重要的营养作用,尤其对于孕妇,如果孕妇缺乏叶酸,会造成幼儿大脑发育不完全,唇裂等疾病。叶酸中的碟呤基团可以相互之间形成氢键,在自组装领域有着广泛的应用,但是经检索利用天然未修饰的叶酸作为凝胶因子以及利用叶酸制备一种多重响应的自修复叶酸凝胶还未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种多重响应的自修复叶酸凝胶及其制备方法。
本发明所述多重响应的自修复叶酸凝胶,其特征在于:该凝胶是由有机凝胶因子叶酸、水和有机溶剂组成的混合体系;其中,叶酸在混合体系中的浓度为1mM~50mM,所述体系中水与有机溶剂的体积比为1:9~9:1,有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲亚砜。
上述多重响应的自修复叶酸凝胶中优选的实施方式是:叶酸在混合体系中的浓度为10mM,所述体系中水与有机溶剂的体积比为2:3,有机溶剂为二甲亚砜,水为去离子水。
本发明所述多重响应的自修复叶酸凝胶的制备方法,步骤是:
1)称取叶酸,将其加入到有机溶剂中,搅拌使其充分混合溶解,至溶液澄清;
2)以水与有机溶剂的体积比为1:9~9:1的比例将水注入到步骤1)制得的溶液中,且使溶液中的叶酸浓度达到1mM~50mM,在20~30℃温度下搅拌或用超声波使溶液至均相,静置,待溶液成凝胶状即得到多重响应的自修复叶酸凝胶;
其中,上述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲亚砜。
上述多重响应的自修复叶酸凝胶的制备方法中:所述中水与有机溶剂的体积比优选为2:3,有机溶剂优选二甲亚砜,水为去离子水,叶酸在溶液中的浓度优选为10mM。
将不同剂量的酸(盐酸)或碱(氢氧化钠)溶液滴在步骤2)制得的凝胶中或其上方,凝胶会呈现不同的相态。在酸或碱的剂量为1mM~30mM,优选5mM~10mM时凝胶会逐渐变为溶液,静置一定时间后,凝胶能完全转换为溶液。实验证实,凝胶尤其对碱具有敏感响应。
本发明所述多重响应性叶酸凝胶的结构和性能经过扫描电子显微镜(SEM)、流变仪、差热扫描(DSC),圆二色谱(CD),紫外可见分光光度计(UV)等手段测试证明(见图1~6),当水和有机溶剂按不同配比时,体系均可形成凝胶,且凝胶对酸碱、紫外光照和温度均有刺激响应性。凝胶对剪切力也有明显刺激响应性,施加大于其屈服应力值的应力,凝胶变成溶液,降低施加的应力至屈服应力值以下,凝胶重新形成。凝胶的机械强度随凝胶剂的比例和叶酸的浓度变化有关。
本发明采用叶酸这种易得的天然产物作为凝胶因子,在混合溶剂中可以形成凝胶,凝胶组分是水(或者是醇类)和有机溶剂(二甲亚砜或者是DMF,DMAc),这种不同于传统的单一凝胶,可以同时将水溶性,脂溶性物质包裹在凝胶网络中,扩大了其用途。
本发明的凝胶有着优良的光学特性,并且同时具有热,光,力,pH四重响应,凝胶-溶液相转变可以实现利用力,热,光,pH来控制,即在所述四种刺激因素下可以完成凝胶-溶液的可逆转变,因此为凝胶真正应用到医用材料、光学材料、智能材料等民生领域提供了一条新型可行的途径,同时由于凝胶的模板作用,也在晶体生长模板领域具有潜在的应用价值。
本发明多重响应性的叶酸凝胶作为一种新型的功能材料,为化学传感、催化、手性合成等方面提供了重要的应用前景,同时本发明方法采用稳定体系,原料价低易得,制备简便灵活,凝胶所用凝胶因子为绿色分子,制备过程对环境零污染,形成的有机凝胶能在20~30℃保持一个月以上时间,更能增加其实用性。
附图说明
图1不同混合溶剂比的凝胶照片。
图2不同叶酸浓度的凝胶的差热扫描曲线(DSC)。
图3不同混合溶剂比的凝胶的差热扫描曲线(DSC)。
图4凝胶的SEM形貌图。
图5凝胶中加入酸(左图),碱(右图)的紫外对照图谱。
图6不同叶酸浓度的凝胶的流变曲线。
具体实施方式
下面结合实施例说明利用凝胶因子和有机溶剂制备本发明所述多重响应的叶酸凝胶的方法,但本发明保护内容不仅限于此。
实施例1.
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1.5ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取2.5ml蒸馏水于该比色管中,室温(20~30℃)搅拌至均相,静置得到黄色透明凝胶,即为多重响应的叶酸凝胶。
实施例2.
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取3ml蒸馏水于该比色管中,称取0.004g氢氧化钠至于比色管中,室温搅拌至均相,静置得到黄色透明溶液,即为多重响应的叶酸凝胶。
实施例3.
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取3ml蒸馏水于该比色管中,室温搅拌至均相,静置得到黄色透明凝胶,即为多重响应的叶酸凝胶。用全波段氙灯照射3小时,发现凝胶变成可流动的红褐色的溶液,静置一段时间后成为沉淀。
实施例4.
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取3ml0.01mol.L盐酸于该比色管中,室温搅拌至均相,静置得到黄色不透明凝胶,即为多重响应的叶酸凝胶。
实施例5
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取3ml水于该比色管中,室温搅拌至均相,静置得到黄色透明凝胶,即为多重响应的叶酸凝胶。将0.05ml10mol/L的盐酸溶液滴在凝胶上方,凝胶逐渐变为溶液,20分钟后,凝胶完全转换为溶液。
实施例6
准确配制50mM的叶酸母液,溶剂为二甲亚砜,用注射器移取1ml母液置于25ml比色管中,用10ml注射器量取1ml二甲亚砜至该比色管中,用另一10ml注射器量取3ml水于该比色管中,室温搅拌至均相,静置得到黄色透明凝胶,即为多重响应的叶酸凝胶。将0.01g的氢氧化钠固体放置在凝胶上方,凝胶逐渐变为溶液,10分钟后,凝胶完全转换为溶液。

Claims (2)

1.一种多重响应的自修复叶酸凝胶,所述凝胶是由有机凝胶因子叶酸、水和有机溶剂组成的混合体系;其中,所述体系中水与有机溶剂的体积比为 1:9 ~ 9:1,有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺,水为去离子水;
其特征在于:所述叶酸在混合体系中的浓度为1mM~50mM。
2. 根据权利要求1所述多重响应的自修复叶酸凝胶,其特征在于:所述叶酸在混合体系中的浓度为10mM,所述体系中水与有机溶剂的体积比为 2:3。
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