CN109091453A - 葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及到一种可注射葡萄糖响应性纳米凝胶的制备方法，以甲基丙烯酸二甲氨乙酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯两种单体利用反相微乳液的聚合方法进行聚合制备得到纳米级的微凝胶。本发明制备的葡萄糖敏感型的可注射水凝胶，具有易于皮下注射、且能体内智能控制释放胰岛素以达到有效降低血糖的功能，可根据体系的pH值得变化实现智能调控，达到控释药物的目的，该方法采用常规原料及设备即可实现。

Description

葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及到葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
糖尿病人群体越来越大，如何减轻糖尿病人的痛苦，这个课题应该被社会所重视。目前，出现了一种新型的糖尿病治疗方法，即葡萄糖敏感型自我调节药物传递系统。这种系统可以基于葡萄糖浓度的改变而连续自动调节释放药物，达到改善患者生活质量的目的。这种以高分子聚合物为载体的智能药物传递系统，为了能够更好地在人体内发挥作用，一般会制备成纳米水凝胶。这是由于纳米粒子尺寸更小，比表面积更大，包覆药物的效果更好，经常应用于生物医学方面。
层层自组装技术(LbL)作为一种多功能的和可调节的方法，已经成为了构造纳米级薄膜的主要选择。层层自组装技术是通过不同的作用力将基体、高分子材料、药物缔合在一起的，其主要作用力是由带相反电荷的物质之间的静电吸附作用、氢键、电荷转移等等。在药物控释的领域中，经常借助带正负电荷物质间的静电吸附作用来制备微胶囊。在治疗糖尿病的葡萄糖氧化酶体系中，由于葡萄糖氧化酶和胰岛素都是蛋白质，所以它们带正电荷还是带负电荷就与它们的等电点有关，葡萄糖氧化酶的等电点是4.9，胰岛素的等电点是5.4，当微环境pH大于其等电点时，它们就带负电荷，反之则带正电荷。这些使得层层自组装技术在药物控释方面有着很广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种葡萄糖敏感型的可注射水凝胶，这种水凝胶需要具备易于皮下注射、且能在体内智能控制释放胰岛素以达到有效降低血糖的功能。
葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶，是以甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)具有比较好的pH响应性，聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(OEGMA)则具有很好的生物相容性，将两种单体利用反相微乳液的聚合方法进行聚合制备得到纳米级的微凝胶。
该葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶的制备方法，包括以下过程：
按照以下质量和体积的比例投放物料；
(1)在装有冷凝管、搅拌器及导气管的反应容器中，加入分散剂span-60 0.5g-1.0g，加入30-50ml环己烷，通入氩气，加热至50-55℃，搅拌速度为300rpm；
(2)甲基丙烯酸二甲氨乙酯0.5-1.0g溶于5-10ml去离子水中，依次加入0.5-2.0g聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、0.5-1.0g N-甲基苄胺，迅速搅拌使其溶解均匀得到混合液；
(3)步骤(2)所得的混合溶液加入到步骤(1)的环己烷中；
(4)称取15-20mg过硫酸铵溶解在1-2ml去离子水中，完全溶解后，加入反应容器中，反应容器升温至65℃，停止通入氩气，反应12-24小时，得到产物。
将产物还可以进一步的提纯，放入离心机中以1000转/分钟的速度离心15分钟，得到分层的产物，将上层清液倒掉，取出下层白色絮状固体，依次用环己烷、乙醇及蒸馏水各洗涤一次，每洗涤一次都要离心分离，得到最终提纯的产物。
制备过程中反应方程式如下：
这种葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶用于胰岛素在人体内的可控释放。
这种纳米级的微凝胶可以将葡萄糖氧化酶及胰岛素包覆在高分子共聚体系中，当人体内血糖浓度升高时，葡萄糖氧化酶与血液中的葡萄糖发生反应得到葡萄糖酸，从而降低了体内微环境的pH，pH的变化会引起pH响应性高分子的形态改变，从而使纳米凝胶溶胀，释放出其中包裹的胰岛素，达到降低血糖的目的。
为了实现对葡萄糖的响应，将制备得到的葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶对葡萄糖氧化酶和胰岛素进行包覆。
首先用pH＝3的HCl溶液配制浓度分别为1-2mg/ml的胰岛素溶液和1-2mg/mL葡萄糖氧化酶溶液。将葡萄糖氧化酶溶液的pH调至6-7。量取两组1-2mL的PDMA-POEGMA溶液分别加入两个10mL的pp管中，分别向两个pp管中加入200-300μL葡萄糖氧化酶溶液和200-300μL胰岛素溶液，搅拌后进行离心，离心速度为一万转每分钟，离心时间五分钟。离心结束后，取出上清液，待用试剂盒测试胰岛素浓度，下层的固体放在4℃冰箱冷藏室里冷藏，待测体系的胰岛素释放量。
将下层固体取出，用1-2mL新鲜的0.067mol/L的PBS缓冲液分散后透析，置于两个玻璃小瓶中，将小瓶分别悬挂倒置在装有葡萄糖浓度分别为0mg/mL和5mg/mL的50ml新鲜PBS悬浮液的四口瓶中，放入37℃的恒温摇床中，每隔一个小时取出1ml PBS缓冲液并加入1mlPBS缓冲液。将取出的样品通过猪胰岛素酶联免疫分析试剂盒测定胰岛素的释放量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的葡萄糖敏感型的可注射水凝胶，具有易于皮下注射、且能体内智能控制释放胰岛素以达到有效降低血糖的功能。
2、实验表明：本发明所述的葡萄糖敏感型可注射水凝胶具有良好的pH响应性，该水凝胶可以随着pH的减小而溶胀，可根据体系的pH值得变化实现智能调控，达到控释药物的目的。
3、本发明还提供了上述pH敏感嵌段聚合物的制备方法，该方法采用常规原料及设备即可实现。
附图说明
图1为合成PDMAEMA-POEGMA扫描电镜图；
图2为合成PDMAEMA-POEGMA核磁氢谱图；
图3为无规共聚体系在PH＝5，100倍稀释时的水力半径；
图4为无规共聚体系在PH＝3，100倍稀释时的水力半径；
图5为葡萄糖浓度为0mg/mL的PBS缓冲液中以释药量(μg)为纵坐标，时间(h)为横坐标的时间和释药量关系图；
图6为葡萄糖浓度5mg/mL的PBS缓冲液中以释药量(μg)为纵坐标，时间(h)为横坐标的时间和释药量关系图。
具体实施方法
在下文将结合附图及实例对本发明进行详细描述，其目的是使本技术领域人员更容易理解本发明的实施方法及其优点。
实施例1
分别称取单体DMAEMA 0.786g(5mmol)，单体OEGMA 0.75g(2.5mmol)，分散剂span-60，交联剂NMBA 0.34g(0.24mmol)，引发剂APS 0.42g(1.75mmol)和TEMED 0.05g(0.043mmol)。向三颈烧瓶中依次加入50mL PBS(溶剂)、两种单体、SDS、NMBA、APS和TEMED。将机械搅拌开到300转/分钟，通入Ar气，将温度升温至55℃，反应8小时。
8小时后收取产物，将产物转移到6个10mL的PP管中，放入离心机中以1000转/分钟的速度离心15分钟，得到分层的产物，将上层清液倒掉，取出下层白色絮状固体，依次用环己烷、乙醇及蒸馏水各洗涤一次，每洗涤一次都要离心，得到最终产物。
实施例2
称取0.7gspan-60溶解在40mL环己烷中，转移至三颈烧瓶里，使用机械搅拌，通入Ar，并将油浴锅温度设定为55℃。另取一只10mL的PP管，称取1.572g DMAEMA溶解于7mL去离子水中，再依次加入0.759g OEGMA、0.34g NMBA。搅拌使其完全溶解后，加入到环己烷中。再另取一只4mL的PP管，称取16mg APS溶解在1mL去离子水中，进行涡旋，待其完全溶解后，用移液枪逐滴缓慢地加入体系中。加完后，将温度升至65℃，停止通入Ar，用封口胶将三颈烧瓶的三个瓶口都封紧。反应24小时。
8小时后收取产物，将产物转移到6个10mL的PP管中，放入离心机中以1000转/分钟的速度离心15分钟，得到分层的产物，将上层清液倒掉，取出下层白色絮状固体，用环己烷洗涤2-3次，每洗涤一次都要离心，得到最终产物。
图1为合成产物扫描电镜图，图2为合成产物核磁氢谱图。
测定实施例2制备的水凝胶的性能：
1、测定实施例2制备的水凝胶的PH敏感变化。
将样品的PH调到5，加入到样品池中，放入蛋白质分析仪中检测其粒径大小并记录。再将样品的PH用HCl调到3，加入样品池，放入蛋白质分析仪中检测其粒径大小。
图3为无规共聚体系在PH＝5，100倍稀释时的水力半径，图4为无规共聚体系在PH＝3，100倍稀释时的水力半径。体系不管是在PH＝5还是PH＝3的条件下，体系中只含有粒径尺寸小于1000nm的微凝胶。
2、对葡萄糖响应性纳米凝胶释放胰岛素的测试
首先用PH＝3的HCl溶液配制浓度分别为1mg/mL的胰岛素溶液和2mg/mL葡萄糖氧化酶溶液。将葡萄糖氧化酶溶液的PH调至6.3，待用。量取两组1.2ml的PDMAEMA-POEGMA溶液分别加入两个10ml的PP管中，搅拌，分别向两个PP管中先加入300μl葡萄糖氧化酶溶液，搅拌20分钟后，再加入300μL胰岛素溶液，继续搅拌20分钟，重复上述过程三次。搅拌完成后，将两只PP管进行离心，离心速度为一万转每分钟，离心时间五分钟。
对葡萄糖响应性纳米凝胶释放胰岛素的测试分别在葡萄糖溶液为0mg/ml和5mg/ml中测得。将制备得到的溶液转移到的透析袋中，并确保将其浸没在50mL不同葡萄糖浓度的的PBS缓冲液中进行药物释放试验(震荡速度100rpm，培养温度37℃)。在预设的时间内，取1mL透析袋外的PBS缓冲液，并加入1mL相应的PBS新鲜缓冲液。释放液的胰岛素药物浓度通过紫外分光光度计测得。
在0mg/mL葡萄糖溶液中，释药量最高可达到5.49μg。
在5mg/mL葡萄糖溶液中，释药量最高可达到6.32μg。
图5是葡萄糖浓度为0mg/mL的PBS缓冲液中以释药量(μg)为纵坐标，时间(h)为横坐标的时间和释药量关系图。图6葡萄糖浓度为5mg/mL的PBS缓冲液中以释药量(μg)为纵坐标，时间(h)为横坐标的时间和释药量关系图。

Claims (3)

1.葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶，其特征在于，由甲基丙烯酸二甲氨乙酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯两种单体，利用反相微乳液的聚合方法进行聚合制备得到。
2.根据权利要求书1所述的葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
按照以下质量和体积的比例投放物料；
(1)在装有冷凝管、搅拌器及导气管的反应容器中，加入分散剂span-60 0.5g-1.0g，加入30-50ml环己烷，通入氩气，加热至50-55℃，搅拌速度为300rpm；
(2)甲基丙烯酸二甲氨乙酯0.5-1.0g溶于5-10ml去离子水中，依次加入0.5-2.0g聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、0.5-1.0g交联剂N-甲基苄胺，迅速搅拌使其溶解均匀得到混合液；
(3)步骤(2)所得的混合溶液加入到步骤(1)的环己烷中；
(4)称取15-20mg引发剂过硫酸铵溶解在1-2ml去离子水中，完全溶解后，加入反应容器中，反应容器升温至65℃，停止通入氩气，反应12-24小时，得到产物。
3.根据权利要求书1所述的葡萄糖响应性的可注射纳米凝胶的应用，其特征在于，用于胰岛素在人体内的可控释放。
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