CN104558420A

CN104558420A - 一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法

Info

Publication number: CN104558420A
Application number: CN201510034797.1A
Authority: CN
Inventors: 张其清; 程翠; 夏丹丹; 张秀丽; 陈立
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2015-01-24
Filing date: 2015-01-24
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法。该水凝胶是以天然多糖羧甲基壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺为原料，分别以过硫酸铵、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺为引发剂、促进剂和交联剂，通过交联反应制得。发明操作简单，原料廉价易得，且制得的羧甲基壳聚糖/聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶具有温度和pH双重敏感，与纯的聚N-异丙基丙烯酰胺相比，生物相容性也大大提高，扩大了其应用范围。

Description

一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于聚合物改性领域，具体涉及一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种在水中显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，由于结构中通常含有-OH、-CONH-、-CONH₂、-COOH、-SO₃H等亲水基团，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水。这种富含水的胶态结构使其物理性质十分接近于柔软的人体器官。因此，水凝胶因其优异的仿生性及生物相容性、能保护药物不被酸解或者酶解，控制药物释放等优点而被广泛的应用于生物医药领域，如组织工程、皮肤敷料、药物载体等。根据水凝胶对外界刺激的响应情况不同，可分为两类：（1）传统水凝胶，这类水凝胶对环境的变化刺激不敏感。（2）智能水凝胶，这类水凝胶对环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著的应答，能够感知环境的细微变化，如pH、温度、离子强度、电场、磁场、物质浓度等的变化，并通过自身体积的溶胀和收缩来响应外界环境的刺激。

聚N-异丙基丙烯酰胺是一种具有生物相容性和环境敏感性的新型温敏智能水凝胶，在32 ℃左右的水溶液中有一个低临界溶解温度（LCST），随温度变化显示出良好的双亲性，在药物传递系统、活性物质载体、生化物质分离等生物医学领域有着广泛的应用价值，经常作为温度敏感部分被引入到不同生物医用凝胶材料中。

壳聚糖，又名甲壳胺，是海洋多糖甲壳素脱乙酰基后的衍生物。壳聚糖在自然界的储量仅次于纤维素，是一种纯天然带正电荷的生物高分子多糖。由甲壳素经脱乙酞化处理后得到的壳聚糖分子量通常在几十万左右，因其不溶于水，限制了它在许多方面的应用。为了改善它的溶解性能，将其进行羧甲基化，得到羧甲基壳聚糖。羧甲基壳聚糖是壳聚糖最重要的衍生物之一，既含有阳离子（-NH³⁺）基团，又含有阴离子（-COO^-）基团，是一种两性聚电解质，具有更好的生物相容性、抑菌性、吸湿保湿性能和特殊的pH敏感性。将羧甲基壳聚糖与温度敏感材料聚N-异丙基丙烯酰胺结合，可制备多重环境敏感性的智能水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法。本发明原料廉价易得，制备工艺简单，易于操作，不需要昂贵的仪器，制备的水凝胶温度敏感性良好，对pH改变有响应。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶是以天然多糖羧甲基壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺为原料，分别以过硫酸铵、N, N, N', N'-四甲基乙二胺和N, N′-亚甲基双丙烯酰胺为引发剂、促进剂和交联剂，通过交联反应制得。

制备方法：将羧甲基壳聚糖、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺溶于25 ℃双蒸水中，通氮气去除氧气后密封4 ℃冷藏1 h，加入过硫酸铵和N, N, N', N'-四甲基乙二胺室温下反应24 h，在蒸馏水中浸泡3-5天，每隔8 h换一次水，得到所述的温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶。

双蒸水与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为12.5:1。

羧甲基壳聚糖、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为：0.05~0.15:0.02:1。

过硫酸铵、N, N, N', N'-四甲基乙二胺与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为：0.02:0.005:1。

本发明的显著优点在于：本发明利用由福建省海洋废弃虾、蟹壳中提取出的甲壳素脱乙酰基后的衍生物羧甲基壳聚糖，与N-异丙基丙烯酰胺通过交联反应制得多重环境敏感性的智能水凝胶。本发明制备方法简单，原料来源广泛，操作步骤简单，得到的水凝胶具有温度和pH双重敏感，且生物相容性良好。

相对于其他水凝胶的制备方法有以下优点：

（1）原料来自海洋废弃虾、蟹壳提取出的甲壳素脱乙酰基后的衍生物羧甲基壳聚糖，广泛易得；

（2）使用交联法得到的水凝胶溶胀度高，生物相容性良好，且具有温度和pH双重敏感；

（3）该水凝胶的制备工艺较简单，通过改变原料比可调控水凝胶孔径尺寸，操作方便，易于推广。

附图说明

图1是水凝胶实物图（羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺质量比为：0.1: 1）。

图2是通过改变原料比得到不同孔径尺寸水凝胶扫描电镜图。（a）羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺质量比为：0.1: 1；（b）羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺质量比为：0.15: 1。

图3是水凝胶在不同温度时平衡溶胀度变化曲线（羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺质量比为：0.1: 1）。

图4是水凝胶在不同pH时平衡溶胀度变化曲线（羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺质量比为：0.1: 1）。

具体实施方式

实施例 1

1）9.6 g N-异丙基丙烯酰胺于120 mL水溶解;

2）0.192 g N, N, N’, N’-四甲基乙二胺加入1）溶液中，震荡溶解;

3）0.48 g 羧甲基壳聚糖加入1）溶液中，震荡溶解;

4）通氮气30 min至3）中溶液，除去氧气后密封;

5）4 ℃冰箱中放置1 h后，加入0.192 g 过硫酸铵和400 µL N, N, N’, N’-四甲基乙二胺;

6）室温条件下反应24 h；

7）制得的水凝胶放入1 L蒸馏水中浸泡3-5天，每隔8 h换一次水。

实施例 2

1） 9.6 g N-异丙基丙烯酰胺于120 mL水溶解；

2） 0.192 g N, N, N’, N’-四甲基乙二胺加入1）溶液中，震荡溶解；

3） 0.96 g 羧甲基壳聚糖加入1）溶液中，震荡溶解；

4）通氮气30 min至3）中溶液，除去氧气后密封;

5） 4 ℃冰箱中放置1 h后，加入0.192 g 过硫酸铵和400 µL N, N, N’, N’-四甲基乙二胺;

6）室温条件下反应24 h；

实施例 3

1） 9.6 g N-异丙基丙烯酰胺于120 mL水溶解；

3） 1.44 g 羧甲基壳聚糖加入1）溶液中，震荡溶解；

4）通氮气30 min至3）中溶液，除去氧气后密封;

6）室温条件下反应24 h；

以上所述仅为本发明的制备方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶，其特征在于：以天然多糖羧甲基壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺为原料，分别以过硫酸铵、N, N, N', N'-四甲基乙二胺和N, N′-亚甲基双丙烯酰胺为引发剂、促进剂和交联剂，通过交联反应制得。

2.一种制备如权利要求1所述的温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶的方法，其特征在于：将羧甲基壳聚糖、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺溶于双蒸水中，通氮气去除氧气后密封冷藏1 h，加入过硫酸铵和N, N, N', N'-四甲基乙二胺反应24 h，在蒸馏水中浸泡得到所述的温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：双蒸水的温度为25 ℃。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：双蒸水与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为12.5:1。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：羧甲基壳聚糖、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为：0.05~0.15:0.02:1。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：冷藏温度为4 ℃。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：过硫酸铵、N, N, N', N'-四甲基乙二胺与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为：0.02:0.005:1。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：加入过硫酸铵和N, N, N', N'-四甲基乙二胺后反应温度为室温。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在蒸馏水中浸泡的时间为3-5天，每隔8 h换一次水。