CN104693347A

CN104693347A - 金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶及其制备方法

Info

Publication number: CN104693347A
Application number: CN201510138192.7A
Authority: CN
Inventors: 许一婷; 曹莹; 李奇; 陈显明; 戴李宗
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-06-10

Abstract

金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶及其制备方法，涉及纳米凝胶。聚合物为P(OEGMA-co-SBMA)，交联为通过Cu²⁺与该聚合物的静电作用进行的交联，两性离子单体为分子链同时带有正负电荷的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵。将单体1、单体2、链转移剂及引发剂溶于第一溶剂中，经连续冻融脱气后在氩气保护下聚合反应后液氮猝冷停止反应，透析，干燥后得到无规共聚物；将无规共聚物溶于第二溶剂中，超声后得到聚合物溶液；将金属盐溶于第三溶剂中，超声后得到金属盐溶液；将聚合物溶液加入金属盐溶液中，摇动后静置，即得到金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶。

Description

金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米凝胶，尤其是涉及一种金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶及其制备方法。

背景技术

纳米水凝胶是一类交联的亲水性聚合物纳米粒子。纳米凝胶内部为交联网络结构，其稳定性比聚合物胶束、囊泡等纳米粒子要高；纳米凝胶表面积大，表面功能基团可偶联其它有特异作用的组分。此外，纳米水凝胶有很高的含水量，与生物组织类似，因此它有良好的生物相容性。智能纳米凝胶能对外界刺激如温度、酸碱度、离子强度等的变化做出响应，因此，其在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、微反应器、催化剂载体等许多领域有着广泛的应用。

两性离子聚合物的分子链同时带有正负电荷，且正负电荷总数相等。这种特殊结构使其具有反聚电解质效应、良好的化学性能、强水化能力及性质不易受pH值影响等优异性能。此外，两性离子聚合物还具有优异的生物相容性及抗蛋白质吸附能力，在生物材料领域有广泛的应用。

中国专利CN 104151567 A中先通过缩合反应，将组氨酸接枝到天然多糖上，得到组氨酸修饰的天然多糖，再利用金属卟啉与组氨酸的配位作用，制备了金属配位超分子纳米凝胶。然而，其制备过程包括四苯基卟啉的制备、四苯基卟啉锌的制备、不同组氨酸取代葡聚糖的制备、纳米凝胶的制备等步骤，实验过程较为复杂。

利用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)将聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)和磺酸甜菜碱共聚，可以制备出单体比例可控的全亲水无规共聚物，且单体之一选用OEGMA，具有良好的生物相容性，另一亲水段为含两性离子结构的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)，具有温度、pH响应性及良好的抗蛋白质吸附能力，利用该聚合物与二价金属铜离子的静电作用，可直接制备金属离子交联的含两性离子结构的智能纳米凝胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶及其制备方法。

所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的聚合物为P(OEGMA-co-SBMA)，所述交联为通过Cu²⁺与该聚合物的静电作用进行的交联，所用的两性离子单体为分子链同时带有正负电荷的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)，金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的结构式为：

所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将单体1、单体2、链转移剂及引发剂溶于第一溶剂中，经连续冻融脱气后在氩气保护下聚合反应后液氮猝冷停止反应，透析，干燥后得到无规共聚物P(OEGMA-co-SBMA)，无规共聚物为均聚物粉红色固体。

2)将步骤1)得到的无规共聚物溶于第二溶剂中，超声后得到聚合物溶液；将金属盐溶于第三溶剂中，超声后得到金属盐溶液；将聚合物溶液加入金属盐溶液中，摇动后静置，即得到金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶。

在步骤1)中，所述单体1可为聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)等；所述单体2可为两性离子[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)等；所述链转移剂可为二硫代苯甲酸枯基酯(CDB)等；所述引发剂可为油溶性引发剂，油溶性引发剂可采用偶氮二异丁腈(AIBN)等；所述第一单体、第二单体的摩尔比可为(1～10)∶(1～10)；所述链转移剂与引发剂的质量比可为5∶1；所述第一溶剂可为甲醇等；所述聚合反应的温度可为65～85℃，聚合反应的时间可为24～48h；所述连续冻融脱气可采用3～5次；所述透析的时间可为48h。

在步骤2)中，所述第二溶剂可采用去离子水；所述第三溶剂可采用正丁醇或其它对金属盐有增溶作用的有机溶剂；第二溶剂的加入量可为1～5mL；第三溶剂的加入量可为5mL；所述金属盐可采用Cu(NO₃)₂·3H₂O；所述静置的时间可为24h。

Cu(NO₃)₂·3H₂O的量视共聚物侧链所含季铵基团的摩尔数而定，且二者的比例在1∶1至5∶1之间。

金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的合成路线如下：

其中，m为聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)聚合度；n为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)聚合度；8为乙氧基的重复单元数。

本发明利用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)将两种单体共聚，可以较简便地合成出分子结构可控的共聚物，且单体之一选用聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)，具有良好的生物相容性，另一亲水单体为含两性离子结构的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)，具有温度、pH响应性及良好的抗蛋白质吸附能力；将合成的共聚物溶于水中，滴加入溶有Cu(NO₃)₂·3H₂O的正丁醇中，静置一定时间，得到金属离子交联的含两性离子结构的纳米凝胶。

本发明选用OEGMA及含两性离子结构的单体SBMA共聚，再用二价金属铜离子交联，制备纳米凝胶，其操作过程简单易行，且产物纳米凝胶具有温度、pH响应性及优异的生物相容性，抗蛋白质特异性吸附能力等，扩展了其在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、微反应器、催化剂载体等领域的应用。

附图说明

图1为所制备的无规共聚物P(OEGMA₄₀-co-SBMA₆₀)的¹H-NMR。

图2为所制备的金属离子交联纳米凝胶的SEM照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

(1)将0.78mL OEGMA、0.7g SBMA、0.01g CDB及0.001g AIBN溶于2mL甲醇中，经连续冻融脱气3～5次后在氩气保护下在75℃聚合，反应24h后液氮猝冷停止反应。透析48h，冷冻干燥得到均聚物粉红色固体。

(2)称取5mg步骤(1)得到无规共聚物溶于5mL去离子水中，超声；称取0.01gCu(NO₃)₂·3H₂O溶于5mL正丁醇中(超声)，将聚合物溶液逐滴滴加到溶有Cu(NO₃)₂·3H₂O的正丁醇中，摇动后静置24h，得到金属离子交联的含两性离子结构的智能纳米凝胶。

实施例2～4：同实施例1的工艺条件，改变SBMA及Cu(NO₃)₂·3H₂O的量，合成不同交联密度的含两性离子结构的智能纳米凝胶。实验条件见表1。

表1

实施例5：

(1)将0.78mL OEGMA、0.7g SBMA、0.01g CDB及0.001g AIBN溶于2mL甲醇中，经连续冻融脱气3～5次后在氩气保护下在65℃聚合，反应48h后液氮猝冷停止反应。透析48h，冷冻干燥得到均聚物粉红色固体。

(2)称取5mg步骤(1)得到无规共聚物溶于5mL去离子水中，超声，称取0.01gCu(NO₃)₂·3H₂O溶于5mL正丁醇中(超声)，将聚合物溶液逐滴滴加到溶有Cu(NO₃)₂·3H₂O的正丁醇中，摇动后静置24h，得到金属离子交联的含两性离子结构的智能纳米凝胶。

实施例6～8：同实施例1的工艺条件，改变Cu(NO₃)₂·3H₂O的量，合成不同交联密度的含两性离子结构的智能纳米凝胶。实验条件见表2。

表2

实施例9～11：同实施例1的工艺条件，改变步骤(2)中聚合物溶液的体积，得到金属离子交联的含两性离子结构的智能纳米凝胶，实验条件见表3。

表3

所制备的无规共聚物P(OEGMA₄₀-co-SBMA₆₀)的¹H-NMR参见图1，所制备的金属离子交联纳米凝胶的SEM照片参见图2。

Claims

1.金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶，其特征在于其聚合物为P(OEGMA-co-SBMA)，所述交联为通过Cu²⁺与该聚合物的静电作用进行的交联，所用的两性离子单体为分子链同时带有正负电荷的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)，金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的结构式为：

2.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将单体1、单体2、链转移剂及引发剂溶于第一溶剂中，经连续冻融脱气后在氩气保护下聚合反应后液氮猝冷停止反应，透析，干燥后得到无规共聚物P(OEGMA-co-SBMA)，无规共聚物为均聚物粉红色固体；

3.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述单体1为聚乙二醇甲基丙烯酸酯；所述单体2为两性离子[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵。

4.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述链转移剂为二硫代苯甲酸枯基酯。

5.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述引发剂为油溶性引发剂，油溶性引发剂可采用偶氮二异丁腈。

6.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述第一单体、第二单体的摩尔比为(1～10)∶(1～10)；所述链转移剂与引发剂的质量比为5∶1。

7.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述第一溶剂为甲醇。

8.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述聚合反应的温度为65～85℃，聚合反应的时间为24～48h；所述连续冻融脱气可采用3～5次；所述透析的时间可为48h。

9.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述第二溶剂采用去离子水；所述第三溶剂可采用正丁醇或其它对金属盐有增溶作用的有机溶剂；第二溶剂的加入量可为1～5mL；第三溶剂的加入量可为5mL。

10.如权利要求1所述金属离子交联的含两性离子结构纳米凝胶的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述金属盐采用Cu(NO₃)₂·3H₂O；所述静置的时间为24h。