CN104804142A - 多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开式I所示聚合物及其制备方法与应用，结构通式如式I所示，R1和R2均选自H或式II所示基团，且两者中至少一个选自式II所示基团；n＝200-300；m＝5-66；x＝2-4。制备方法如下：1)在有机溶剂中，将羟丙基纤维素和溴异丁酰溴进行反应，得到HPC-Br；2)在催化剂存在下，将DPAEMA、HMTETA和HPC-Br于有机溶剂中混合进行ATRP活性聚合反应，得到HPC-g-PDPAEMA。能实现接枝长度和接枝密度均可控。其具有良好的温度和pH双重敏感性，且相转变温度和相转变pH接近于人体温度和人体肿瘤组织及细胞器内的pH，在生物医用领域有巨大的潜在应用价值。
Description
技术领域
本发明属于聚合物领域，具体涉及一种多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物及其制备方法与应用。
背景技术
羟丙基纤维素(HPC)是一种半合成型高分子聚合物，它是天然纤维素经过碱化和环氧丙烷反应改性而成的水溶性的非离子型纤维素醚类衍生物。HPC具有热塑性、胶结能力、乳化能力、发泡能力以及悬浮能力、增稠能力，其浓溶液可以形成液晶，具有良好的成膜性，故而广泛用于医药、食品、化妆品等行业。特别是在生物医药领域，由于HPC优异的生物相容性，可以用作药物的包衣材料、缓释材料、成膜材料、粘结剂、稳定剂、增稠剂、悬浮剂、凝胶剂以及片剂崩解剂等(刘瑞刚，马林等.CN101921368A.2010.12.22)。此外，羟丙基纤维素还是一种环境响应性的高分子，具有接近人体温度的LCST(最低临界溶解温度)，其溶解性可以在42℃时发生转变。
聚(甲基丙烯酸N，N-二异丙基氨基乙酯)PDPAEMA是一种pH响应性(pKa＝6.3)的弱碱聚合物,其分子结构单元中同时存在亲水性的叔胺基、羰基和疏水性的乙基、异丙基等烷基基团，两类基团在空间结构上互相匹配。在不同pH条件下，PDPAEMA的胺基质子化的程度不同，导致PDPAEMA亲水/亲油平衡及相转变温度随pH而改变，并且这种变化是可逆的。当溶液的pH>pKa时，PDPAEMA在水溶液中由相对舒展的无规线团状态转变为非水溶性颗粒，出现相分离，使溶液产生混浊现象；而当溶液的pH<pKa时，PDPAEMA又可以重新溶解在水溶液中变为无规线团构象。PDPAEMA良好的生物相容性和与人体肿瘤组织及细胞器内pH(5.5～6.5)非常接近的相转变pH，使其在药物输送、可控释放、智能表面、生物传感器等领域有广泛的应用(Biomacromolecules 2013,14,2713-2723；Chem.Commun.,2010,46,4136–4138；Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,6109–6114)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物及其制备方法。
本发明所提供的羟丙基纤维素接枝接枝共聚物，即羟丙基纤维素接枝聚(甲基丙烯酸N,N-二异丙基氨基乙酯)共聚物(HPC-g-PDPAEMA)的结构通式如式I所示：
所述式I中，R1选自H或式II所示基团，R2选自H或式II所示基团，且R1和R2中至少有一个选自式II所示基团；n＝200-300；m＝5-66，优选为为20-55。
所述式II中，x＝2-4。
所述式I中，“＊”代表高分子链末端的端基，一般为羟基或氢。
本发明所提供的羟丙基纤维素接枝共聚物的制备方法，包括如下步骤：
1)制备羟丙基纤维素大分子引发剂HPC-Br：将羟丙基纤维素和溴异丁酰溴于有机溶剂中混合后进行反应，得到HPC-Br；
2)制备羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA：在催化剂存在下，将单体甲基丙烯酸N,N-二异丙基氨基乙酯(DPAEMA)、配体1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺(HMTETA)和步骤1)中所得HPC-Br于有机溶剂中混合进行ATRP活性聚合反应，得到HPC-g-PDPAEMA。
上述制备方法中，步骤1)中，所述有机溶剂具体可选自二氯甲烷、氯仿和四氢呋喃中的至少一种。
所述羟丙基纤维素和溴异丁酰溴的摩尔比为1：(0.016-0.32)。
所述反应的反应温度为25-35℃，优选为30℃，反应时间为5-48h，优选为24h。
所述羟丙基纤维素的重均分子量为70000-110000，可为各种市售的羟丙基纤维素，如：购于美国Aldrich公司，Mn＝10000，Mw＝80000的羟丙基纤维素。
所述混合具体可按如下步骤进行：先将羟丙基纤维素溶解于有机溶剂中，并将其在-10℃—5℃下放置20-40min，具体可在0℃下放置30min，再将溴异丁酰溴加入其中混合即可。在所述温度-10℃—5℃下放置一段时间有利于提高羟丙基纤维素和溴异丁酰溴的反应效率，降低副产物。
步骤1)中，还包括对所述反应后的体系依次进行减压蒸馏干燥和重新溶解于二次蒸馏水中进行透析冻干的步骤。
所述减压蒸馏温度为15℃-35℃，优选为25℃。
所述透析是采用透析袋进行的，所述透析袋的截留分子量为3000-14000，优选为14000。
所述透析的温度为25-35℃，优选为30℃，时间为2天-7天，优选为5天。
所述冻干的温度为-20—-50℃，优选为-50℃。
上述制备方法中，步骤2)中，所述催化剂具体可为CuBr和/或CuCl。
当所述催化剂为CuBr和/或CuCl时，在CuBr和/或CuCl加入之前，还包括向反应体系中通入氮气鼓泡除氧的步骤，所述氮气的通入时间为20-40min，具体为0.5h。为了终止所述反应，可向反应混合物中通入空气以氧化CuBr和/或CuCl，从而终止反应。
所述HPC-Br、所述DPAEMA、所述HMTETA和所述催化剂的摩尔比为27：(10-400)：(1-3)：(1-3)，优选为27：(20-200)：(2-3)：(2-3)。
所述ATRP活性聚合反应的反应温度为25-35℃，优选为30℃，反应时间为5-48h，优选为24h。
所述有机溶剂具体可选自异丁醇、异丙醇和丙酮中的至少一种。
步骤2)中，还包括对得到的HPC-g-PDPAEMA进行纯化的步骤，具体如下：所得HPC-g-PDPAEMA用异丁醇稀释，得到稀释液，并将所述稀释液通过装有碱性氧化铝的层析柱(目的在于除掉反应所用的催化剂。铜离子的存在会使产物呈现墨绿色，对后续的表征实验有影响，而且铜离子会大大增加产物的毒性，限制了产物在生物医药领域中的应用)，得到层析液，并将所述层析液减压蒸馏浓缩，得到浓缩液，最后，将所述浓缩液滴入过量正己烷中沉淀，得到沉淀物，并对所得沉淀物进行真空干燥，即得到纯化的HPC-g-PDPAEMA。
所述的碱性氧化铝的层析柱是实验室自己填充的，具体填充方法如下：将层析用碱性氧化铝粉末(购自上海路都化学试剂厂)填充在层析柱内，根据稀释液的量，填充高度在5-15厘米。
所述HPC-g-PDPAEMA和异丁醇的体积比为1：(1-10)，优选为1：5。
所述减压蒸馏的温度为40℃-60℃，优选为50℃。
所述浓缩液和正己烷的体积比为1：(3-30)，优选为1：20。
所述沉淀的次数不限于一次，如：可将得到的沉淀物再重新溶于异丁醇中，然后，再重新加入到正己烷中沉淀。
所述真空干燥的温度为35℃-60℃，优选为50℃。
本发明所得到羟丙基纤维素接枝共聚物在生物医用领域方面的应用也属于本发明的保护范围。
所述生物医用领域可为制备抗癌药物输送、可控释放、生物传感器和智能涂层的产品中的任一种。
本发明采用原子转移自由基聚合(ATRP)反应将PDPAEMA引入羟丙基纤维素，进行改性制备接枝共聚物，通过改变反应物比例来精确调控接枝共聚物的接枝密度和接枝长度，既保留了HPC的温敏性，同时又赋予了其pH响应性。该多重刺激响应性的共聚物可以在水溶液中自组装形成胶束聚集体，在特定的环境刺激下共聚物支链和主链的亲疏水性会发生变化，导致其在水溶液中的聚集状态改变。在实体肿瘤中，肿瘤局部温度较健康组织高2～5℃，pH值低1～2.5pH值，多数肿瘤细胞周围的pH在5.5～6.5左右；而当胶束被细胞内吞后将进入细胞的溶酶体(lysosome)和内涵体(endosome)中，其pH约5.0～6.5(Bioconjugate Chem.,2010,21,208-213；Cancer Res.,1996,56,1194-1198；蓝闽波，郁荣华等.CN 102796235A.2012.11.28)。本发明提供的多重刺激响应性的接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA具有pH协同温度响应性能，能够对与肿瘤部位的温度及pH和细胞器内的pH等范围内的温度、pH的变化进行综合响应，改变其主链和支链的亲疏水性能，从而改变其聚集状态，因此在抗癌药物输送、可控释放、生物传感器、智能表面等生物医用领域有巨大的潜在应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明提供的羟丙基纤维素接枝聚(甲基丙烯酸N，N-二异丙基氨基乙酯)(HPC-g-PDPAEMA)，是一种环境响应性的接枝共聚物，兼具有HPC的温敏性和PDPAEMA的pH响应性；
2、本发明采用ATRP活性可控自由基聚合的方法，相比于普通自由基聚合，可以精确调控共聚物的接枝密度和接枝长度，从而更好的保留主链的温敏性和支链的pH响应性；
3、本发明提供的羟丙基纤维素接枝聚(甲基丙烯酸N，N-二异丙基氨基乙酯)(HPC-g-PDPAEMA)，其主链的相转变温度(42℃)接近于肿瘤组织局部温度(39.5-42.5℃)，其支链的相转变pH(6.3)非常接近于人体肿瘤组织及细胞器内的pH(5.5～6.5)，并且其相转变温度随着pH的升高而降低，因而其在肿瘤药物可控释放、基因传输、生物传感器、智能涂层等生物医用领域有巨大的潜在应用价值。
附图说明
图1为制备HPC-g-PDPAEMA的反应流程图。
图2为实施例1中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的1HNMR图谱。
图3为实施例2中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的1HNMR图谱。
图4为实施例3中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的1HNMR图谱。
图5为实施例3中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA在pH＝7.6，温度为25℃时的透射电镜TEM照片。
图6为实施例4中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的1HNMR图谱。
图7为实施例2中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA在25℃、不同pH下的1HNMR图谱。
图8为实施例2中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA在pH＝1.5、不同温度下的1HNMR图谱。
图9为实施例3中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA在不同pH条件下的升温紫外图。
图10为实施例3中制备的羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA在不同pH条件下的升温光散射图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明的方法，利用溴异丁酰溴与羟丙基纤维素上的羟基发生酯化反应制得羟丙基纤维素大分子引发剂HPC-Br，通过控制溴异丁酰溴的加入量得到不同溴取代度(平均每个葡萄糖环上的溴的个数，即接枝密度)的羟丙基纤维素大分子引发剂；以CuBr为催化剂，HMTETA为配体，向HPC-Br中加入单体DPAEMA引发ATRP活性聚合，通过控制反应单体加入质量比得到不同接枝长度的羟丙基纤维素基接枝共聚物。相应的制备流程图如图1所示。
本专利中所述的HPC和HPC-Br的摩尔量，都指的是HPC和HPC-Br中葡萄糖环的摩尔量。
如：HPC分子中，葡萄糖环为C6H10O5，分子量为162；羟丙基(C3H6O1)的取代度(平均每个葡萄糖环上的羟丙基的数目)为3.56，因此，HPC分子中每个葡萄糖环的分子量为162+58×3.56＝368.48。
在制备HPC-Br中，HPC为2.0g，其葡萄糖环的摩尔量为2.0÷368.48＝5.43×10-3mol。实施例1，2，3中，溴异丁酰溴为0.31mmol，因此HPC与溴异丁酰溴的摩尔比为1：0.057；实施例4中，溴异丁酰溴为0.45mmol，HPC：Br＝1：0.083。
在制备HPC-PDPAEMA中，HPC分子中引入了溴异丁基基团(C4H5O1Br1)，因此每个葡萄糖环的平均分子量变为368.48+149×DSBr。因为只有带有溴的葡萄糖环才能发生聚合反应，整个反应体系中，按照带溴的葡萄糖环摩尔量：单体：HMTETA：CuBr＝1：x：2：2的比例进行的：实施例1，2，3中，DSBr＝0.037，其葡萄糖环分子量为368.48+149×0.037＝373.993。HPC-Br＝0.5g，葡萄糖环的摩尔量为0.5÷373.993＝1.34mmol，含有溴的葡萄糖环摩尔量为1.34×0.037＝0.0495mmol。因此，实施例1中，含溴的葡萄糖环：单体：HMTETA：CuBr＝0.0495：1.52：0.099：0.099＝1：30：2：2，而全部葡萄糖环：单体：HMTETA：CuBr＝1.34：1.52：0.099：0.099＝27：30：2：2；同理，实施例2中，全部葡萄糖环：单体：HMTETA：CuBr＝27：200：2：2；实施例3中比例为27：80：2：2；实施例4中，DSBr＝0.051，葡萄糖环分子量376.079，0.5g内葡萄糖环摩尔量1.33mmol，含溴的葡萄糖环摩尔量0.0678mmol，含溴的葡萄糖环：单体：HMTETA：CuBr＝0.0678：4.22：0.14：0.14＝1：62：2：2，而全部葡萄糖环：单体：HMTETA：CuBr＝1.33：4.22：0.14：0.14＝20：62：2：2＝27：83.7：2.7：2.7。
实施例1、制备多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物：
1)制备HPC-Br：于250mL单口瓶中，加入130mL二氯甲烷，2.0g羟丙基纤维素(购于美国Aldrich公司，Mn＝10000，Mw＝80000)，充分溶解后，将反应瓶置于0℃冰浴中30分钟；将40μL(0.31mmol)溴异丁酰溴溶解于20mL二氯甲烷中，逐滴加入羟丙基纤维素的二氯甲烷溶液中；反应体系置于30℃水浴中反应24h。反应体系在25℃下减压蒸馏除去二氯甲烷，加入80mL二次蒸馏水至完全溶解，装入透析袋中(截留分子量14000)，在30℃下，于二次蒸馏水中透析5天，得澄清透明溶液，在-50℃下冷冻干燥，得到产物HPC-Br。
通过核磁计算得到HPC-Br中溴的取代度DSBr(接枝密度)为0.037。DSBr的计算方法如下：DSBr＝(A1÷6)/(A2÷3.56÷3)，在核磁氢谱中，A1和A2分别是溴异丁酰溴上与溴相连的两个甲基氢(δ＝1.91ppm)特征峰积分面积和羟丙基纤维素葡萄糖环上羟丙基上的甲基氢特征峰(δ＝1.11ppm)积分面积，3.56是羟丙基的取代度(平均每个葡萄糖环上的羟丙基个数)。
2)制备HPC-PDPAEMA：将0.5gHPC-Br溶解于100mL异丁醇中，搅拌溶解，向反应体系中鼓入氮气来排除体系中的氧气；加入361μL(1.52mmol)单体DPAEMA和27μL(0.099mmol)配体HMTETA，0.5h后再加入14mg(0.099mmol)CuBr，将反应体系封口，置于30℃水浴中反应24h。通入空气终止反应后，将反应体系用500mL异丁醇稀释，通过碱性氧化铝的柱子来除去反应体系中的铜离子，得到的稀释液，在50℃下减压蒸馏浓缩至10mL，滴入200mL正己烷中得到沉淀。所得沉淀用异丁醇重新溶解，再滴入过量正己烷得到沉淀。重复沉淀过程2次，所得沉淀在50℃真空烘箱中干燥，得到纯净的接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA。
通过核磁计算得到式I中HPC-g-PDPAEMA中支链PDPAEMA重复单元数m(接枝长度)为5.4。m的计算方法如下：A3/A4＝(2×m×DSBr)/(3.56×3+6×DSBr+3×DSBr×m+12×DSBr×m)，在核磁氢谱中，A3是PDPAEMA中与氮相连的亚甲基氢(δ＝2.63ppm)特征峰积分面积，A4是羟丙基纤维素葡萄糖环上羟丙基上的甲基氢特征峰、支链上的引发剂的两个甲基氢特征峰、支链上PDPAEMA重复单元里的甲基氢特征峰之和的积分面积。HPC-g-PDPAEMA的1HNMR如图2所示，可证明接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的成功合成。
实施例2、制备多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物：
1)制备HPC-Br：于250mL单口瓶中，加入130mL二氯甲烷，2.0g羟丙基纤维素(购于美国Aldrich公司，Mn＝10000，Mw＝80000)，充分溶解后，将反应瓶置于0℃冰浴中30分钟；将40μL(0.31mmol)溴异丁酰溴溶解于20mL二氯甲烷中，逐滴加入羟丙基纤维素的二氯甲烷溶液中；反应体系置于30℃水浴中反应24小时。反应体系在25℃下减压蒸馏除去二氯甲烷，加入80mL二次蒸馏水至完全溶解，装入透析袋(截留分子量为14000)中，在30℃下，于二次蒸馏水中透析5天，得澄清透明溶液，在-50℃下冷冻干燥，得到产物HPC-Br。
通过核磁计算得到HPC-Br中溴的取代度DSBr(接枝密度)为0.037。
2)制备HPC-g-PDPAEMA：将0.5g HPC-Br溶解于100mL异丁醇中，搅拌溶解，向反应体系中鼓入氮气来排除体系中的氧气；加入2.26mL(9.53mmol)单体DPAEMA和27μL(0.099mmol)配体HMTETA，0.5小时后再加入14mg(0.099mmol)CuBr，将反应体系封口，置于30℃水浴中反应24小时。通入空气终止反应后，将反应体系用500mL异丁醇稀释，通过碱性氧化铝的柱子来除去反应体系中的铜离子，得到的稀释液，在50℃下减压蒸馏浓缩至约10mL，滴入200mL正己烷中得到沉淀。所得沉淀用异丁醇重新溶解，再滴入过量正己烷得到沉淀。重复沉淀过程2次，所得沉淀在50℃真空烘箱中干燥，得到纯净的接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA。通过核磁计算得到式I中m＝53.4。
HPC-g-PDPAEMA的1HNMR如图3所示，其中图3中曲线(2)中，除了羟丙基纤维素上化学位移为δ＝3.30-4.30和1.11ppm的典型核磁吸收峰之外，在化学位移δ＝1.91ppm处出现的新核磁吸收峰是来自异丁基上的两个甲基氢；曲线(1)中，化学位移在δ＝0.92、2.63、2.99和3.84ppm处的新核磁吸收峰是分别来自于共聚物支链PDPAEMA上的甲基、与氮相连的亚甲基、异丙基和与酯基相连的亚甲基上的氢。核磁谱图可证明接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的成功合成。
实施例3、制备多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物：
1)制备HPC-Br：于250mL单口瓶中，加入130mL二氯甲烷，2.0g羟丙基纤维素(购于美国Aldrich公司，Mn＝10000，Mw＝80000)，充分溶解后，将反应瓶置于0℃冰浴中30分钟；将40μL(0.31mmol)溴异丁酰溴溶解于20mL二氯甲烷中，逐滴加入羟丙基纤维素的二氯甲烷溶液中；反应体系置于30℃水浴中反应24小时。反应体系在25℃下减压蒸馏除去二氯甲烷，加入80mL二次蒸馏水至完全溶解，装入透析袋(截留分子量14000)中，在30℃下，于二次蒸馏水中透析5天，得澄清透明溶液，在-50℃下冷冻干燥，得到产物HPC-Br。
通过核磁计算得到HPC-Br中溴的取代度DSBr(接枝密度)为0.037。
2)制备HPC-g-PDPAEMA：将0.5g HPC-Br溶解于100mL异丁醇中，搅拌溶解，向反应体系中鼓入氮气来排除体系中的氧气；加入906μL(3.82mmol)单体DPAEMA和27μL(0.099mmol)配体HMTETA，0.5小时后再加入14mg(0.099mmol)CuBr，将反应体系封口，置于30℃水浴中反应24小时。通入空气终止反应后，将反应体系用500mL异丁醇稀释，通过碱性氧化铝的柱子来除去反应体系中的铜离子，得到的稀释液，在50℃下减压蒸馏浓缩至约10mL，滴入200mL正己烷中得到沉淀。所得沉淀用异丁醇重新溶解，再滴入过量正己烷得到沉淀。重复沉淀过程2次，所得沉淀在50℃真空烘箱中干燥，得到纯净的接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA。通过核磁计算得到式I中m＝20。HPC-g-PDPAEMA的1HNMR如图4所示，可证明接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的成功合成。
图5为羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA胶束溶液在pH＝7.6，温度为25℃时的TEM照片，因为制样过程中溶剂挥发，分子链收缩，使得图中的聚集体尺寸比光散射测量结果略小。图5证明接枝共聚物在水溶液中是以球状的胶束聚集体存在的，并且粒径比较均一。
实施例4、制备多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物：
1)制备HPC-Br：于250mL单口瓶中，加入130mL二氯甲烷，2.0g羟丙基纤维素(购于阿法埃莎公司，Mw＝100000)，充分溶解后，将反应瓶置于0℃冰浴中30分钟；将56μL(0.45mmol)溴异丁酰溴溶解于20mL二氯甲烷中，逐滴加入羟丙基纤维素的二氯甲烷溶液中；反应体系置于30℃水浴中反应24小时。反应体系在25℃下减压蒸馏除去二氯甲烷，加入80mL二次蒸馏水至完全溶解，装入透析袋中(截留分子量14000)，在30℃下，于二次蒸馏水中透析5天，得澄清透明溶液，在-50℃下冷冻干燥，得到产物HPC-Br。
通过核磁计算得到HPC-Br中溴的取代度DSBr(接枝密度)为0.051。
2)制备HPC-g-PDPAEMA：将0.5g HPC-Br溶解于130mL异丁醇中，搅拌溶解，向反应体系中鼓入氮气来排除体系中的氧气；加入1mL(4.22mmol)单体DPAEMA和38μL(0.14mmol)配体HMTETA，0.5小时后再加入20mg(0.14mmol)CuBr，将反应体系封口，置于30℃水浴中反应24小时。通入空气终止反应后，将反应体系用500mL异丁醇稀释，通过碱性氧化铝的柱子来除去反应体系中的铜离子，得到的稀释液，在50℃下减压蒸馏浓缩至约10mL，滴入200mL正己烷中得到沉淀。所得沉淀用异丁醇重新溶解，再滴入过量正己烷得到沉淀。重复沉淀过程2次，所得沉淀在50℃真空烘箱中干燥，得到纯净的接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA。通过核磁计算得到式I中m＝30。HPC-g-PDPAEMA的1HNMR如图6所示，可证明接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA的成功合成。
实施例5、多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物的核磁表征：
将实施例2制备的接枝共聚物溶解于不同pH的氘代水(接枝共聚物与重水的质量比为1：99)中，得到不同pH的接枝共聚物重水溶液，用pH计测量溶液pH值并进行常温和升温核磁氢谱测试。样品在每个温度稳定5-10分钟后开始测试。
不同pH条件下HPC-g-PDPAEMA在25℃下的核磁谱图如图7所示。由于支链PDPAEMA是一种pH敏感型高分子(pKa＝6.3)，当pH<6.3时，PDPAEMA的氨基质子化程度高，呈现分子链相对舒展的溶解状态；而当pH>6.3时，PDPAEMA的氨基去质子化，呈现溶解性较差的链塌缩状态。在图7中，当pH＝1.5和5.6时，主链羟丙基纤维素和支链PDPAEMA都呈现良好的溶解状态，核磁谱图可以清晰地看到二者的特征峰；当pH＝6.7和7.8时，核磁谱图中PDPAEMA的特征峰全部消失，只有HPC的特征峰，说明此时PDPAEMA处于溶解性较差的链塌缩状态，而水溶性的HPC从pH＝1.5到7.8都处于较好的溶解状态。图7说明了接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA很好的保留了支链PDPAEMA的pH响应性。
不同温度条件下HPC-g-PDPAEMA在pH＝1.5时的核磁谱图如图8所示，主链羟丙基纤维素是一种温度敏感型高分子(LCST＝42℃)，当温度低于42℃时，HPC呈现溶解性很好的链伸展状态；当温度高于42℃时，HPC分子链与水分子之间的氢键作用被破坏，分子链亲水性变差而呈现链塌缩状态。如图8所示，pH＝1.5时，支链的PDPAEMA的氨基质子化程度很高，PDPAEMA溶解性非常好，温度从25℃升到60℃，核磁谱图中PDPAEMA的特征峰依然很清晰；而主链HPC的特征峰从42℃开始钝化，到60℃完全消失，证明了HPC从42℃开始溶解性变差，60℃时完全不溶于水。图8说明了接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA很好的保留了主链羟丙基纤维素的温敏性。
实施例6、多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物的升温紫外测试：
将实施例3制备的接枝共聚物溶解于不同pH的超纯水(接枝共聚物与超纯水的质量比为0.3：99.7)中，得到不同pH的接枝共聚物水溶液，用pH计测量溶液pH值并进行升温紫外透过率测试。升温紫外测量温度范围为20-80℃，升温速率为1℃/min。
不同pH条件下的HPC-g-PDPAEMA的升温紫外如图9所示。当HPC-g-PDPAEMA的水溶液的pH<pKa＝6.3时，共聚物的支链PDPAEMA一直处于水溶性很好的质子化状态，当温度从20℃升温至80℃时，虽然主链HPC亲水性变差分子链塌缩，但是因为支链PDPAEMA的良好的水溶性，接枝共聚物可以形成疏水的HPC为核，亲水的PDPAEMA支链为壳的胶束结构，从而使接枝共聚物以聚集体的形式稳定存在于水溶液中，不发生沉淀，因而溶液的透过率只是随着温度升高有轻微的降低；当pH>6.3时，PDPAEMA处于水溶性较差的去质子化状态，当温度低于42℃时，接枝共聚物处于疏水的PDPAEMA为核，亲水的HPC为壳的胶束状态，当温度高于42℃时，HPC也变得疏水，从而整个接枝共聚物都是疏水的结构，在水溶液中不能稳定存在，链塌缩而相分离形成沉淀。
实施例7、多重响应性羟丙基纤维素接枝共聚物的升温光散射测试：
将实施例3制备的接枝共聚物溶解于不同pH的超纯水(接枝共聚物与超纯水的质量比为0.1：99.9)中，得到不同pH的接枝共聚物水溶液，用pH计测量溶液pH值并进行升温光散射测试。样品在每个温度稳定5-10分钟后开始测试。
不同pH条件下的HPC-g-PDPAEMA的升温光散射如图10所示。当HPC-g-PDPAEMA的水溶液的pH小于6.3时，温度从25℃升温至42℃，接枝共聚物可以形成疏水的HPC为核，亲水的PDPAEMA支链为壳的胶束结构，从而使接枝共聚物以胶束聚集体的形式稳定存在于水溶液中，不发生沉淀，当pH＝2.01、温度升至42℃以上时，共聚物胶束的<Rh>稳定在约165nm；而当pH＝6.11，温度升至42℃以上时，共聚物胶束的<Rh>约为320nm。随着pH的升高，支链PDPAEMA的去质子化程度增加，接枝共聚物中的疏水部分比例增加，其LCST降低。当pH＝9.85时，PDPAEMA水溶性较差，当温度低于37℃时，接枝共聚物处于疏水的PDPAEMA为核，亲水的HPC为壳的胶束状态，<Rh>稳定在120-130nm；当温度高于37℃时，HPC变得疏水，接枝共聚物变得不稳定，链塌缩堆积从而使<Rh>迅速增加。图9和图10都证明了接枝共聚物在水溶液中可以以胶束聚集体状态存在，并具有良好pH和温度的双重敏感性。
Claims (9)
1.式I所示聚合物：
所述式I中，R1选自H或式II所示基团，R2选自H或式II所示基团，且R1和R2中至少有一个选自式II所示基团；n＝200-300；m＝5-66；
所述式II中，x＝2-4。
2.权利要求1所述的式I所示聚合物的制备方法，包括如下步骤：
1)制备羟丙基纤维素大分子引发剂HPC-Br：将羟丙基纤维素和溴异丁酰溴于有机溶剂中混合后进行反应，得到HPC-Br；
2)制备羟丙基纤维素接枝共聚物HPC-g-PDPAEMA：在催化剂存在下，将甲基丙烯酸N,N-二异丙基氨基乙酯、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺和步骤1)中所得HPC-Br于有机溶剂中混合进行ATRP活性聚合反应，得到HPC-g-PDPAEMA。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿和四氢呋喃中的至少一种；
所述羟丙基纤维素和溴异丁酰溴的摩尔比为1：(0.016-0.32)；
所述反应的反应温度为25-35℃，反应时间为5-48h；
所述羟丙基纤维素的重均分子量为70000-110000。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述混合按如下步骤进行：先将羟丙基纤维素溶解于有机溶剂中，并将其在-10℃—5℃下放置20-40min，再将溴异丁酰溴加入其中混合即可。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，还包括对所述反应后的体系依次进行减压蒸馏干燥和重新溶解于二次蒸馏水中进行透析冻干的步骤；
所述减压蒸馏温度为15℃-35℃；
所述透析是采用透析袋进行的，所述透析袋的截留分子量为3000-14000；
所述透析的温度为25-35℃，时间为2天-7天；
所述冻干的温度为-20—-50℃。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述催化剂为CuBr和/或CuCl；
所述HPC-Br、所述甲基丙烯酸N,N-二异丙基氨基乙酯、所述1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺和所述催化剂的摩尔比为27：(10-400)：(1-3)：(1-3)；
所述ATRP活性聚合反应的反应温度为25-35℃，反应时间为5-48h；
所述有机溶剂选自异丁醇、异丙醇和丙酮中的至少一种。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，还包括对得到的HPC-g-PDPAEMA进行纯化的步骤，具体如下：所得HPC-g-PDPAEMA用异丁醇稀释，得到稀释液，并将所述稀释液通过装有碱性氧化铝的层析柱，得到层析液，并将所述层析液减压蒸馏浓缩，得到浓缩液，最后，将所述浓缩液滴入过量正己烷中沉淀，得到沉淀物，并对所得沉淀物进行真空干燥；
所述HPC-g-PDPAEMA和异丁醇的体积比为1：(1-10)；
所述减压蒸馏的温度为40℃-60℃；
所述浓缩液和正己烷的体积比为1：(3-30)；
所述真空干燥的温度为35℃-60℃。
8.权利要求1所述的式I所示聚合物在生物医用领域方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述生物医用领域为制备抗癌药物输送、可控释放、生物传感器和智能涂层的产品中的任一种。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103980423A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-13 | 西北师范大学 | 一种基于羟基咪唑离子液体的温敏性纳米凝胶及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103980423A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-13 | 西北师范大学 | 一种基于羟基咪唑离子液体的温敏性纳米凝胶及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| F.J.XU ET.AL.: "《Comb-Shaped Copolymers Composed of Hydroxypropyl Cellulose Backbones and Cationic Poly((2-dimethyl amino)ethyl methacrylate)Side Chains for Gene Delivery》", 《BIOCONJUGATE CHEM》 * |
| F.J.XU ET.AL.: "《Polymer vectors via controlled/living radical polymerization for gene delivery》", 《PROGRESS IN POLYMER SCIENCE》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105777992A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-07-20 | 河南省科学院能源研究所有限公司 | 一种烷氧醚化的环境响应型纳米纤维素接枝共聚物及其制备方法 |
| CN109826015A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-31 | 广西大学 | 一种温敏/pH双响应智能纳米纤维材料及其制备方法和应用 |
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| CN110629551A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-31 | 天津工业大学 | 一种异相制备gn@纤维素基固-固相变纤维的方法及应用 |
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