CN103864964A - 一种水溶性双光子聚合引发剂及组装方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水溶性双光子聚合引发剂及组装方法及用途，水溶性双光子聚合引发剂，是由主体分子2‐羟丙基β‐环糊精与客体分子2,7‐二（4‐戊烷氧基苯乙烯）‐蒽醌组装而成，所述2,7‐二（4‐戊烷氧基苯乙烯）‐蒽醌分子式如I所示：

Description

一种水溶性双光子聚合引发剂及组装方法及用途
技术领域
本发明属于双光子微加工技术领域，涉及一种水溶性双光子聚合引发剂及组装方法及用途。
背景技术
双光子吸收是指在强激光作用下一个分子同时吸收两个光子的过程，是一种强激光作用下光与物质相互作用的现象。由于发生双光子吸收而引发的光聚合过程称为双光子聚合。双光子聚合微加工是双光子聚合的一个重要应用，双光子聚合微加工可以用来加工一些纳米级的微结构，来用作组织工程支架。用双光子聚合加工的微结构具有更高的分辨率，能够突破衍射极限，使加工的微结构更加细致完整。
双光子聚合引发剂是双光子聚合微加工能否顺利进行的重要影响因素。引发剂的引发效率、引发活性以及引发剂的双光子吸收截面等因素都会对双光子聚合产生重要的影响。因此，合成高效的双光子聚合引发剂是双光子聚合能否顺利进行的前提。具有精确空间结构的3D水凝胶在生物医学领域例如组织工程有重要应用价值，双光子聚合微加工技术是制备3D水凝胶的一种先进加工技术，但是缺少高效的水溶性双光子聚合引发剂，限制了该加工技术在3D水凝胶的应用。近些年来，研究者们合成了一系列结构新颖、引发活性高的双光子聚合引发剂，并进行了双光子聚合微加工的研究。在合成的众多引发剂中几乎没有能够用于水相中水凝胶微结构的加工，水相中水凝胶微结构的加工首先要有水溶性的双光子聚合引发剂，这是限制三维水凝胶微结构在组织工程领域应用的一个重要因素。然而目前报道的双光子聚合引发剂在引发双光子聚合时几乎都在有机溶剂中进行的，聚合完成后会有部分有机溶剂残留在水凝胶微结构中，残留的有机溶剂会限制水凝胶微结构在生物医药和组织工程领域的应用。因此，研究和合成能够在水相中引发双光子聚合的引发剂是解决这一问题的关键。
蒽醌衍生物双光子聚合引发剂在我们先前的研究中被合成出来，它们具有高的引发活性和双光子吸收截面，但是由于它们的高疏水性使它们的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服目前存在的水凝胶双光子聚合微加工在有机溶剂中进行和需要较高能量的不足，提供一种水溶性双光子聚合引发剂。
本发明的第二个目的在于提供一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法。
本发明的第三个目的在于提供一种水溶性双光子聚合引发剂的用途。
本发明的技术方案概述如下：
一种水溶性双光子聚合引发剂，是由主体分子2-羟丙基β-环糊精与客体分子2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌组装而成，所述2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌分子式如I所示：
Figure BDA0000470017390000021
一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，包括如下步骤：
（1）配制浓度为8-35×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃或丙酮、浓度为1-9×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为1-20:1混合均匀，在30-50℃，搅拌6-24h；
（3）完全挥发掉四氢呋喃或丙酮，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
步骤（1）优选为：配制浓度为20-25×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃或丙酮、浓度为6-8×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液。
步骤（2）优选为：按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为10:1混合均匀，在40℃，搅拌10h。
上述一种水溶性双光子聚合引发剂在水相中制备3D水凝胶的用途。
本发明优点：
本发明的一种水溶性双光子聚合引发剂能在水相中引发双光子聚合加工三维水凝胶，所用的激光加工能量比现有技术加工能量（20-60mW）低，并且克服了现有技术存在的有机溶剂的残留的不足。
附图说明
图1为2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌和一种水溶性双光子聚合引发剂的紫外吸收及荧光光谱；其中N为2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的紫外吸收及荧光光谱；WI为一种水溶性双光子聚合引发剂的紫外吸收谱图及荧光光谱；
图2为蒽醌衍生物双光子聚合引发剂及组装物的红外谱图，其中A为2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的红外谱图；B为2-羟丙基-β-环糊精红外谱图；C为2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌和2-羟丙基-β-环糊精的物理混合物的红外谱图；D为一种水溶性双光子聚合引发剂的红外谱图。
图3为蒽醌衍生物双光子聚合引发剂及组装物的核磁谱图，其中A为2-羟丙基-β-环糊精的核磁谱图；B为2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的核磁谱图；C为一种水溶性双光子聚合引发剂的核磁谱图。
图4为用一种水溶性双光子聚合引发剂加工的水凝胶微结构，A为采用实例2得到的冻干粉做引发剂加工的3D水凝胶；B为采用实例3得到的冻干粉做引发剂加工的3D水凝胶；C为采用实例4得到的冻干粉做引发剂加工的3D水凝胶；D为采用实例5得到的冻干粉做引发剂加工的3D水凝胶
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的制备引文献[1]。
[1]Xing J-F,Chen W-Q,Dong X-Z,Tanaka T,Fang X-Y,Duan X-M,et al.Synthesis,optical andinitiating properties of new two-photon polymerization initiators:2,7-Bis(styryl)anthraquinonederivatives.Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry2007;189:398-404.
实施例1
一种水溶性双光子聚合引发剂，是由主体分子2-羟丙基β-环糊精与客体分子2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌组装而成，所述2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌分子式如I所示：
Figure BDA0000470017390000031
实施例2
一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，包括如下步骤：
（1）配制浓度为20×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃、浓度为6×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为10:1混合均匀，在40℃，搅拌10h；
（3）完全挥发掉四氢呋喃，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
实施例3
一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，包括如下步骤：
（1）配制浓度为25×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为丙酮、浓度为8×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为10:1混合均匀，在40℃，搅拌10h；
（3）完全挥发掉丙酮，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
实施例4
一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，包括如下步骤：
（1）配制浓度为8×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为丙酮、浓度为1×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为1:1混合均匀，在30℃，搅拌24h；
（3）完全挥发掉丙酮，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
实施例5
一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，包括如下步骤：
（1）配制浓度为35×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃、浓度为9×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为20:1混合均匀，在50℃，搅拌6h；
（3）完全挥发掉四氢呋喃，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
实施例6
用各个实施例制备的一种水溶性双光子聚合引发剂，引发水相中的双光子聚合，进行3D水凝胶的双光子聚合微加工，具体的步骤如下：
（1）光刻胶的配制：
在暗室中称取50mg一种水溶性双光子聚合引发剂溶于0.5mL蒸馏水中，称取5mg2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮为光敏剂溶于0.2mL二甲基甲酰胺（DMF）中，将两种溶液混合并搅拌均匀，然后加入1g聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGda（M=700）），搅拌均匀获得光刻胶并用锡箔纸包裹起来避光；
（2）双光子聚合：将光刻胶滴加在洁净玻璃板的中央，使其曝光于经物镜(100×1.45NA oilimmersion objectives)聚焦的飞秒激光（780nm，80fs,80MHz）焦点处。通过控制三维移动台和快门开关速度控制聚合曝光时间，使用衰减器调节激光能量。双光子聚合可在一定激光能量和扫描速度下按预定路径进行；
采用实施例2得到的水溶性双光子聚合引发剂进行水相中3D水凝胶双光子聚合微加工时，激光能量为12mW,加工的水凝胶微结构如图4（A）。
采用实施例3得到的水溶性双光子聚合引发剂进行水相中3D水凝胶双光子聚合微加工时，
激光能量为13.4mW,加工的水凝胶微结构如图4（B）。
采用实施例4得到的水溶性双光子聚合引发剂进行水相中3D水凝胶双光子聚合微加工时，
激光能量为14mW,加工的水凝胶微结构如图4（C）。
采用实施例5得到的水溶性双光子聚合引发剂进行水相中3D水凝胶双光子聚合微加工时，
激光能量为9.6mW,加工的水凝胶微结构如图4（D）。

Claims (5)

1.一种水溶性双光子聚合引发剂，其特征是由主体分子2-羟丙基β-环糊精与客体分子2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌组装而成，所述2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌分子式如I所示：
Figure FDA0000470017380000011
2.权利要求1的一种水溶性双光子聚合引发剂的组装方法，其特征包括如下步骤：
（1）配制浓度为8-35×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃或丙酮、浓度为1-9×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液；
（2）按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为1-20:1混合均匀，在30-50℃，搅拌6-24h；
（3）完全挥发掉四氢呋喃或丙酮，冻干后得到水溶性双光子聚合引发剂。
3.根据权利要求2所述的组装方法，其特征是所述步骤（1）为配制浓度为20-25×10-4mol/L的2-羟丙基-β-环糊精水溶液；配制溶剂为四氢呋喃或丙酮、浓度为6-8×10-4mol/L的2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌溶液。
4.根据权利要求2所述的组装方法，其特征是所述步骤（2）为：按2-羟丙基β-环糊精与2,7-二（4-戊烷氧基苯乙烯）-蒽醌的摩尔比为10:1混合均匀，在40℃，搅拌10h。
5.权利要求1的一种水溶性双光子聚合引发剂在水相中制备3D水凝胶的用途。
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