CN107805295B - 一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用，是以超支化聚乙烯亚胺为中心的具有pH敏感性、响应速度快、生物相容性好的三维网状高分子水凝胶；本发明首先合成了超支化RAFT试剂，然后采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备，并在最后阶段加入室温自交联单体冷却后制得所述水凝胶；所述水凝胶具有以下优点或有益结果：首次公开了以超支化乙烯亚胺为中心的超支化pH敏感水凝胶；所述水凝胶采用水溶液RAFT法聚合而成，保证了所述水凝胶的超支化温敏型链上的共聚物分子量分布均匀；所述的水凝胶RAFT聚合过程在最后阶段添加自交联单体，超支化支链分子量更大，因而所述pH敏感性水凝胶溶胀率更高；基于所述水凝胶的超支化结构，水凝胶可用于药物释放，实现药物经胃肠道给药的有效性。

Description

一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用，属于水凝胶技术领域。
技术背景
pH敏型凝胶，是其体积随环境pH值变化的高分子水凝胶。这类凝胶结构中具有可解离成离子的基团(如羧基、磺酸基或氨基等)，它们根据环境pH值变化夺取或释放质子，当外界pH值变化时，这些可解离基团会随之发生相排斥或吸引，使高分子链相应地发生舒展或聚集，表现在宏观上为体积的可逆性膨胀或收缩。
pH敏感性水凝胶的大分子骨架链中通常含有可离子化基团，如羧酸基团或氨基基团等；由于这些基团可随着环境介质pH值的变化而产生不同程度的离子化/质子化，使水凝胶内部渗透压及离子键作用力发生变化，从而引起体积发生溶胀变化，显示出pH敏感性。对于带弱酸性基团的pH敏感性水凝胶，若环境介质pH值大于弱酸性基团的电离平衡常数(pKa)，则水凝胶分子链侧链上的弱酸性基团电离形成带电的阴离子，从而在水凝胶内部产生较大的渗透压，同时由于离子间的相互作用斥力增大，这均使水凝胶发生溶胀。同样的原因，带弱碱性基团的水凝胶则环境介质pH值小于其电离平衡常数pKa时产生溶胀。基于pH敏感水凝胶具有这种对环境pH值的响应性，可将缓蚀剂包埋于该水凝胶中，可通过控制该类水凝胶的溶胀及退溶胀程度来进一步控制包埋在其中的缓蚀剂的释放性能。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的目的旨在提供一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。
本发明的再一目的在于提供所述的具有超支化结构的pH敏感型水凝胶的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述的具有超支化结构的pH敏感型水凝胶在药物释放领域的应用。
本发明所述的具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，是以超支化聚乙烯亚胺为中心的具有pH敏感性、响应速度快、生物相容性好的三维网状高分子水凝胶。
所述的超支化结构的pH敏感型水凝胶，以室温自交联单体为交联剂，采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备而成，其制备方法如下：
(1)超支化RAFT试剂的合成：将8～14份含有酰氯基的二硫代酯或三硫代酯溶解于25～40份有机溶剂中，记为溶液I；将25～30份超支化聚乙烯亚胺入到反应器中，搅拌下加热至40～60℃，然后向反应器中逐滴滴加溶液I，0.5～1h滴加完毕后继续反应2～3h，然后将5～8份环状烷基磺酸内酯加入至反应器中，40～60℃继续反应3～6h，加入氨水溶液沉淀后，过滤沉淀，经有机溶剂洗涤、真空干燥后得超支化RAFT试剂。
(2)RAFT水溶液聚合制备超支化水凝胶：将20～30份的阴离子单体、20～30份的氨基单体、150～250份水、4～12份(1)中超支化RAFT试剂加入到反应器中，充分溶解混合均匀后加热至60～80℃，然后加入6～12份6～10％的引发剂溶液，60～80℃反应12～24h，然后加入4～8份室温自交联单体，60～80℃继续反应6～12h，最后冷却后得到凝胶产物；采用物理方法取出凝胶产物后置入去离子水水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。
所述的含有酰氯基的二硫代酯或三硫代酯，优选为二硫代乙酸酰氯基乙酯、2-(乙基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、2-(丙基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、2-(甲基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、二硫代乙酸酰氯基丙酯中的至少一种。
所述的有机溶剂为丁酮、环己酮、丙酮、乙酸丁酯、乙酸丁酯中的至少一种。
所述的超支化聚乙烯亚胺数均分子量为600～3000。
所述的环状烷基磺酸内酯为1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1-甲基-1,4-丁磺酸内酯、2-甲基-1,4-丁磺酸内酯、3-甲基-1,4-丁磺酸内酯、4-甲基-1,4-丁磺酸内酯中的至少一种。
所述的阴离子单体为衣康酸二钠、中康酸二钠、戊烯二酸二钠中的至少一种。
所述的氨基单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的至少一种。
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸铵钾、过硫酸钠中的至少一种。
所述的室温自交联单体为N-羟乙基丙烯酰胺、N-(2-羟丙基)丙烯酰胺中的至少一种。
本发明所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，pH响应性原理如下：超支化结构的存在使得所述的所述水凝胶含有大量的羧基和氨基，当高pH值时，富马酸、丙烯酸单元中的羧基电离；当pH较低时时，聚N-异丙基丙烯酰胺单元、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯以及超支化乙烯亚胺单元吸收质子。
本发明所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，具有以下优点或有益结果：(1)首次公开了以超支化乙烯亚胺为中心的超支化pH敏感水凝胶；(2)所述水凝胶采用水溶液RAFT法聚合而成，保证了所述水凝胶的超支化温敏型链上的共聚物分子量分布均匀，进而保证了所述水凝胶性能的稳定；(3)所述的水凝胶RAFT聚合过程在最后阶段添加自交联单体(而非在聚合阶段添加多双键的交联剂)，自交联单体中的N-羟基烷基酰氨基在体系冷却后发生交联反应，超支化支链分子量更大，因而所述pH敏感性水凝胶溶胀率更高；(4)基于所述水凝胶的超支化结构，其在相对温和的pH(6～8，人体肠内pH范围)溶胀率高，在相对剧烈的pH(1.5～3，人体胃的pH)溶胀率低，因此本发明的水凝胶可用于药物释放，实现药物经胃肠道给药的有效性。
附图说明
图1为实施例中水凝胶36℃不同pH下的平衡膨胀比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶及其制备方法与应用做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
超支化结构的pH敏感型水凝胶，采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备而成，其制备方法如下：
(1)超支化RAFT试剂的合成：将9份2-(乙基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯溶解于32份乙酸丁酯中，记为溶液I；将30份超支化聚乙烯亚胺入到反应器中，搅拌下加热至45℃，然后向反应器中逐滴滴加溶液I，0.6h滴加完毕后继续反应2.8h，然后将6份1,3-丙磺酸内酯加入至反应器中，53℃继续反应5.6h，加入氨水溶液沉淀后，过滤沉淀，经乙酸丁酯洗涤、真空干燥后得超支化RAFT试剂。
(2)RAFT水溶液聚合制备超支化水凝胶：将20份的中康酸二钠、30份的N-异丙基丙烯酰胺、190份水、6份(1)中超支化RAFT试剂加入到反应器中，充分溶解混合均匀后加热至80℃，然后加入11份8.5％的过硫酸铵溶液，80℃反应24h，然后加入6份N-(2-羟丙基)丙烯酰胺，80℃继续反应9h，最后冷却后得到凝胶产物；采用物理方法取出凝胶产物后置入去离子水水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。
实施例2
超支化结构的pH敏感型水凝胶，采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备而成，其制备方法如下：
(1)超支化RAFT试剂的合成：将12份二硫代乙酸酰氯基丙酯溶解于36份环己酮中，记为溶液I；将29份超支化聚乙烯亚胺入到反应器中，搅拌下加热至58℃，然后向反应器中逐滴滴加溶液I，1h滴加完毕后继续反应2.2h，然后将6.6份1,4-丁磺酸内酯加入至反应器中，58℃继续反应4.5h，加入氨水溶液沉淀后，过滤沉淀，经环己酮洗涤、真空干燥后得超支化RAFT试剂。
(2)RAFT水溶液聚合制备超支化水凝胶：将30份的衣康酸二钠、20份的N-异丙基丙烯酰胺、150份水、8份(1)中超支化RAFT试剂加入到反应器中，充分溶解混合均匀后加热至65℃，然后加入10份7％的硫酸铵钾溶液，65℃反应14h，然后加入8份N-羟乙基丙烯酰胺，65℃继续反应12h，最后冷却后得到凝胶产物；采用物理方法取出凝胶产物后置入去离子水水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。
实施例3
超支化结构的pH敏感型水凝胶，采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备而成，其制备方法如下：
(1)超支化RAFT试剂的合成：将14份2-(甲基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯溶解于30份乙酸丁酯中，记为溶液I；将28份超支化聚乙烯亚胺入到反应器中，搅拌下加热至56℃，然后向反应器中逐滴滴加溶液I，0.8h滴加完毕后继续反应2.8h，然后将5份2-甲基-1,4-丁磺酸内酯加入至反应器中，56℃继续反应6h，加入氨水溶液沉淀后，过滤沉淀，经乙酸丁酯洗涤、真空干燥后得超支化RAFT试剂。
(2)RAFT水溶液聚合制备超支化水凝胶：将25份的衣康酸二钠、30份的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、12份丙烯酰胺、250份水、9份(1)中超支化RAFT试剂加入到反应器中，充分溶解混合均匀后加热至75℃，然后加入12份6.5％的过硫酸铵钾溶液，75℃反应12h，然后加入5份N-羟乙基丙烯酰胺，75℃继续反应6h，最后冷却后得到凝胶产物；采用物理方法取出凝胶产物后置入去离子水水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。

Claims (8)

1.一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：是以超支化聚乙烯亚胺为中心的具有pH敏感性、响应速度快、生物相容性好的三维网状高分子水凝胶，所述具有超支化结构的pH敏感型水凝胶的制备方法是以室温自交联单体为交联剂，采用RAFT水溶液型自由基聚合法制备而成，具体步骤如下：
(1)超支化RAFT试剂的合成：将8～14份含有酰氯基的二硫代酯或三硫代酯溶解于25～40份有机溶剂中，记为溶液I；将25～30份超支化聚乙烯亚胺加入到反应器中，搅拌下加热至40～60℃，然后向反应器中逐滴滴加溶液I，0.5～1h滴加完毕后继续反应2～3h，然后将5～8份环状烷基磺酸内酯加入至反应器中，40～60℃继续反应3～6h，加入氨水溶液沉淀后，过滤沉淀，经有机溶剂洗涤、真空干燥后得超支化RAFT试剂；
(2)RAFT水溶液聚合制备超支化水凝胶：将20～30份的阴离子单体、20～30份的氨基单体、150～250份水、4～12份(1)中超支化RAFT试剂加入到反应器中，充分溶解混合均匀后加热至60～80℃，然后加入6～12份6～10％的引发剂溶液，60～80℃反应12～24h，然后加入4～8份室温自交联单体，60～80℃继续反应6～12h，最后冷却后得到凝胶产物；采用物理方法取出凝胶产物后置入去离子水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的含有酰氯基的二硫代酯或三硫代酯为二硫代乙酸酰氯基乙酯、2-(乙基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、2-(丙基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、2-(甲基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酰氯、二硫代乙酸酰氯基丙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的有机溶剂为丁酮、环己酮、丙酮、乙酸丁酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的超支化聚乙烯亚胺数均分子量为600～3000。
5.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的环状烷基磺酸内酯为1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1-甲基-1,4-丁磺酸内酯、2-甲基-1,4-丁磺酸内酯、3-甲基-1,4-丁磺酸内酯、4-甲基-1,4-丁磺酸内酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的阴离子单体为衣康酸二钠、中康酸二钠、戊烯二酸二钠中的至少一种；所述的氨基单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种具有超支化结构的pH敏感型水凝胶，其特征在于：所述的室温自交联单体为N-羟乙基丙烯酰胺、N-(2-羟丙基)丙烯酰胺中的至少一种。
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