CN109467648B - 一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能高分子材料技术领域，涉及一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法及应用。本发明用乙烯基L‑丝氨酸单体、水溶性引发剂和水溶性大分子交联剂，通过水相自由基聚合的方法制备水凝胶；所述水溶性大分子交联剂的分子末端含有碳碳双键结构。本发明以水为溶剂，采用一锅法合成水凝胶及包裹药物分子的水凝胶，制备方法简单，绿色环保，同时实现了原位包裹药物分子，药物加入量可精确控制且包裹率高达100%；本发明所得水凝胶含有丝氨酸片段，具有手性和良好的生物相容性，同时具有温度响应性、pH响应性以及离子强度响应性，在外界温度升高、溶液pH值变化、溶液离子强度增大时体积都会增大，可用来控制负载分子的智能释放。

Description

一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法及应用

技术领域

本发明属于智能高分子材料技术领域，涉及一种水凝胶材料，具体涉及一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法及应用。

背景技术

高分子材料也称聚合物材料，其中除了聚合物作基本组份外，为了改善加工性能和使用性能，往往添加有多种助剂或添加剂。高分子水凝胶通常是指聚合物交联形成的三维网络结构吸收溶剂溶胀但不溶解所形成的一类介于液体与固体之间的物质，既具有液体的流动性又具有固体的机械性能。因此在组织工程、传感器以及药物释放等领域应用广泛。而智能水凝胶（刺激响应性水凝胶）指的是其体积随着外界刺激如（光、电、磁场、pH、温度等）的变化而随之膨胀或收缩的一类特殊水凝胶材料。由于具有智能特性，这类水凝胶可以实现小分子如药物的包藏和智能释放。

目前，关于智能水凝胶的研究中以单重刺激响应性水凝胶的研究居多，尤其是温度敏感水凝胶。结构决定性能，温度敏感水凝胶的主要组成是温度敏感性聚合物。这类聚合物在水溶液中的溶解性受温度的影响，因而在特定温度呈现相转变，即在该温度溶解状态会发生突变。如果聚合物在加热至某一温度时由溶解变成不溶，称该聚合物具有低临界溶解温度（LCST）。如果聚合物在加热至某一温度时由不溶变成溶解，称该聚合物具有高临界溶解温度（UCST）。现有温敏性水凝胶主要为LCST型，其特征在于当溶液温度高于LCST时，水凝胶体积收缩。聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是研究最为广泛的LCST型温敏性聚合物。例如，中国专利文献CN104530336A公开了一种热敏感型、可生物降解水凝胶的合成方法，由N-异丙基丙烯酰胺、引发剂、生物降解性交联剂溶解在牛血清白蛋白中，加入光引发剂，采用光引发聚合得到一种热敏感型、可生物降解水凝胶。该智能载药体系在温度刺激下能够收缩并促进药物释放，但其仅对温度响应，因而使其应用领域受限。

以UCST型聚合物为原料制备的温敏性水凝胶的特征在于体积（或粒径）在溶液温度高于某一特定温度时膨胀。例如，Fu等用3-二甲基-（甲基丙烯酰氧基乙基）铵丙磺酸盐为单体，在水/乙醇（水/四氢呋喃）混合溶剂里制备了UCST型纳米凝胶， 该凝胶在温度升高时粒径由244 nm增加至278 nm。（Fu W, Luo C, Morin E A, et al. Acs Macro Letters,2017, 6(2):127-133.）。Zhang等以丙烯酰胺和丙烯腈为单体，以含双键PEO为大分子交联剂在DMSO中聚合，采用透析的方法除去DMSO得到了温敏性水凝胶，该温敏水凝胶在温度高于UCST时变软，可用于治疗动脉瘤的新型永久栓塞剂（Zhang Y, Gao H, Wang H, et al.Advanced Functional Materials, 2018, 28(9):1705962.）。然而，这些UCST型温敏水凝胶的制备方法比较复杂，而且不具有多重刺激响应性，影响了其在药物靶向及控释等领域的应用。

为增加靶向特性和调控手段，已有研究人员开展了多重刺激响应水凝胶的研究，目前主要通过以下两种方式得到多重刺激响应水凝胶。

一种方式是利用不同刺激响应特性的单体共聚从而赋予水凝胶多重刺激响应特性，得到传统的多重刺激响应水凝胶。例如，中国专利CN104072694B 公开的聚合物胶束同时具备了温度响应、pH 响应、还原响应和光响应，发明人利用具有光响应性的聚2-硝基苄酯和具有pH 和温度双重响应的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯通过具有还原响应性的二硫键连接得到聚合物在水中自组装得到胶束，但是该方法制备步骤较多，且胶束制备及载药过程使用了有机溶剂四氢呋喃，会带来环境污染问题。

另一种方式是利用具有多重刺激响应机理的单体均聚，得到多重刺激响应水凝胶，然而这类单体非常稀缺，且由这类单体得到的多重响应聚合物，其稳定性、生物相容性或药物包裹效果大多不能令人满意。中国专利CN108003266A公开了一种四重刺激响应聚氨基酸纳米凝胶，同时具备温度、pH、还原响应和CO₂响应，其尺寸在100nm左右，是一种LCST-型的水凝胶，其特征是温度升高时聚合物由溶解变为不溶，使纳米凝胶体积变小；发明人利用三重响应性的氨基酸单体和还原响应性的二硫键，采用聚合诱导自组装（PISA）的方法得到了四重响应聚氨基酸水凝胶。由于采用了聚合诱导的自组装技术，包裹药物时药物分子与聚合物之间的相互作用会影响自组装所以不能实现原位包裹药物分子，即需要先合成纳米凝胶，再吸附药物分子，然后实现释放，包裹药物分子的量不宜精确控制且包覆率较低（不足30%）；此外，该水凝胶没有离子响应特点。因为生物体内含有各种离子，如能利用离子强度差异实现水凝胶体积膨胀进而促进药物释放，将更具应用前景。

综上所述，现有技术存在的主要问题有：（1）以单重刺激响应水凝胶的研究居多，尤其是温度敏感水凝胶，其仅对温度响应，且现有UCST型温敏水凝胶的制备方法比较复杂，因而使其应用领域受限；（2）现有利用不同刺激响应特性的单体共聚得到传统多重刺激响应水凝胶的方法，制备步骤较多，且胶束制备及载药过程使用了有机溶剂，还会带来环境污染问题；（3）现有利用具有多重刺激响应机理的单体均聚，制备多重刺激响应水凝胶的方法中使用的单体非常稀缺，使其在生物医药材料领域的应用受限；（4）现有聚氨基酸纳米凝胶不具有离子强度响应性，且不能实现原位包裹药物分子，包裹药物分子的量也不宜精确控制且包覆率较低。

因此，研究利用具有多重刺激响应的单体，制备多重刺激响应水凝胶，以克服现有技术的不足，简化药物负载方法并提高药物负载效率，拓展水凝胶的应用领域，使其在药物控释、生化分离等生物医药领域能更好地发挥作用，具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，该水凝胶含有丝氨酸片段，具有手性和良好的生物相容性，同时具有温度响应性、pH响应性以及离子强度响应性，在外界温度升高、溶液pH值变化、溶液离子强度增大时体积都会增大，可用来控制负载分子的智能释放，用于生物医药材料领域。

本发明的第二个目的是提供一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法，该方法采用乙烯基L-丝氨酸单体均聚来制备水凝胶，其步骤简单、环境友好程度高。

本发明的第三个目的是提供一种三重刺激响应载药水凝胶及其制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，该三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶由乙烯基L-丝氨酸单体、水溶性引发剂和水溶性大分子交联剂，采用水相自由基聚合的方法制备得到；所述水溶性大分子交联剂的分子末端含有碳碳双键结构；所述乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂和水溶性引发剂的比例为（0.15~0.45）mol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.05~1.0）mmol。

进一步，所述乙烯基L-丝氨酸单体为丙烯酸-L-丝氨酸酯或甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯，其化学结构式如下所示，

，其中，R为氢或甲基。

进一步，所述末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂为聚乙二醇甲基丙烯酸二酯或聚乙二醇丙烯酸二酯或聚乙二醇二(甲基)丙烯酰胺(PEG_nDMA)，其化学结构式如下所示，其中R₁为氢或甲基，n的数值为40～500：

。

进一步，n的数值为45或180或454；优选的，n的数值为180。

进一步，所述水溶性引发剂为水溶性偶氮类引发剂或过硫酸盐。

优选的，所述水溶性引发剂为偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。

进一步，所述三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶具有温度响应性、pH响应性和离子强度响应性，具体表现为在离子强度升高、温度升高、或pH值改变时时会溶胀但不溶解，具体表现为平衡吸水率增加，水凝胶体积增大。

进一步，可用于但不限于控制负载分子的智能释放。

本发明还提供了 一种上述三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S01. 将乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂以及水溶性引发剂，加入去离子水中；

S02. 通入惰性气体，除氧15~45min；

S03. 在60-70 ℃下反应4~10h，得到同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶。

本发明还提供了一种三重刺激响应载药水凝胶，其特征在于，该三重刺激响应载药水凝胶由乙烯基L-丝氨酸单体、水溶性引发剂、水溶性大分子交联剂和水溶性药物，采用水相自由基聚合及原位包裹法制备得到；所述乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂、水溶性引发剂和水溶性药物的比例为（0.15~0.45）mol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.001~200）mmol。所述载药水凝胶在温度、pH 和离子强度改变时均能定量释放药物。

进一步，所述水溶性药物有水杨酸钠、水溶性维生素类如维生素C、头孢类、多糖类药物如灵芝多糖、四环素等。

进一步，所述药物包裹率为100%。

本发明还提供了一种上述三重刺激响应载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S01. 将乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂、水溶性引发剂和水溶性药物，加入去离子水中；

S02. 通入惰性气体，除氧15~45min；

S03. 在60-70 ℃下反应4~10h，得到同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应载药水凝胶。

丝氨酸单体既含有氨基又有羧基，是两性聚合物，正常状态是以离子对的形式存在。在酸性条件下氨基质子化，聚合物带正电，同种电荷相斥，导致水凝胶的膨胀；碱性条件下羧基去质子化，聚合物带负电，同种电荷相斥，也会导致水凝胶的膨胀，因此聚丝氨酸水凝胶具有pH响应特点。NaCl等盐类可以导致离子对的解离，使得水凝胶内部结合较为松散，因而随着盐浓度的升高，离子强度增大，水凝胶内部更为松散，体积膨胀，因此聚丝氨酸水凝胶具有离子强度响应特点。

本发明的有益效果。

（1）本发明方法以水为溶剂，制备方法简单，绿色环保。

（2）本发明采用一锅法合成水凝胶及包裹药物分子的水凝胶，实现了原位包裹药物分子，药物包裹量可以精确控制且包裹率高达100%。

（3）本发明采用传统自由基聚合方法制备包裹药物的水凝胶，适应性广，易于工业化，克服了可控自由基聚合如RAFT和ATRP方法的局限性。

（4）本发明水凝胶是UCST型水凝胶，其特征是温度升高时聚合物由不溶变为溶解，使水凝胶体积变大，拓宽了温敏水凝胶的响应类型及应用领域。

（5）本发明水凝胶含有丝氨酸片段，具有很好的生物相容性，同时具有离子强度、温度和pH三重响应性，具体表现为在离子强度升高、温度升高、或pH值改变时体积变大，而人体各组织中离子浓度、pH值以及温度存在的差异会使该水凝胶体积膨胀进而促进药物释放，因此本发明水凝胶可用来控制负载药物分子的智能释放，在生物医药领域具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述聚丝氨酸水凝胶的合成机理图。

图2为本发明实施例1.1所述聚乙二醇(PEG₁₈₀)的红外谱图和由本发明实施例1.1所得大分子链交联剂(PEG₁₈₀DMA)的红外谱图。

图3为由本发明实施例2.1所得丙烯酸-L-丝氨酸酯单体(SA-1)的红外谱图。

图4为由本发明实施例2.1所得丙烯酸-L-丝氨酸酯单体(SA-1)的氢核磁谱图。

图5为由本发明实施例2.1所得丙烯酸-L-丝氨酸酯单体(SA-1)的红外谱图及实施例4所得聚丝氨酸水凝胶(PSA-PEGDMA)的红外谱图。

图6为由本发明实施例4所得水凝胶在不同pH值的溶胀平衡曲线。

图7为由本发明实施例4所得水凝胶在不同NaCl浓度的溶胀平衡曲线。

图8为由本发明实施例4所得水凝胶在不同温度下的溶胀平衡曲线。

图9为由本发明实施例8.1所得包裹药物分子的水凝胶在不同pH值下水杨酸钠的累积释放量曲线。

图10为由本发明实施例8.2所得包裹药物分子的水凝胶在不同温度下水杨酸钠的累积释放量曲线。

图11为由本发明实施例8.3所得包裹药物分子的水凝胶在不同NaCl浓度下水杨酸钠的累积释放量曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，但本发明的实施并不局限于此。

实施例1：

大分子交联剂(PEGnDMA)的合成。

实施例1.1：大分子交联剂(PEG₁₈₀DMA)的合成

将聚乙二醇PEG₁₈₀ 10 g（相当于1.25 mmol）、三乙胺 0.51g（相当于5 mmol）溶于50ml二氯甲烷中，除氧30 min，滴加甲基丙烯酰氯0.52g（相当于5 mmol）室温反应24 h，旋蒸除去溶剂，室温真空烘箱干燥48 h得到大分子交联剂。所得聚乙二醇甲基丙烯酸二酯大分子链交联剂（PEG₁₈₀DMA）聚合度n=180。

本发明实施例1.1所述聚乙二醇(PEG₁₈₀)的红外谱图和由本发明实施例1.1所得聚乙二醇甲基丙烯酸二酯大分子链交联剂(PEG₁₈₀DMA)的红外谱图见图2。

实施例1.2：大分子交联剂(PEG₄₅DMA)的合成

将聚乙二醇二胺H₂N-PEG₄₅-NH₂ 10 g（相当于5 mmol）、三乙胺2.04g（相当于20mmol）溶于50ml二氯甲烷中，除氧30 min，滴加丙烯酰氯1.81 g（相当于 20 mmol）室温反应24h，旋蒸除去溶剂，室温真空烘箱干燥48 h得到大分子交联剂。所得聚乙二醇二丙烯胺大分子链交联剂（PEG₄₅DMA）聚合度n=45。

实施例1.3：大分子交联剂(PEG₄₅₄DMA)的合成

将聚乙二醇PEG₄₅₄ 10 g（相当于0.5 mmol）、三乙胺0.204g（相当于 2.0 mmol）溶于50ml二氯甲烷中，除氧30 min，滴加甲基丙烯酰氯0.208 g（相当于 2.0 mmol）室温反应24 h，旋蒸除去溶剂，室温真空烘箱干燥48 h得到大分子交联剂。所得聚乙二醇甲基丙烯酸二酯大分子链交联剂（PEG₄₅₄DMA）聚合度n=454。

实施例2：

丝氨酸单体的合成。

2.1 丙烯酸-L-丝氨酸酯的合成

称取L-丝氨酸100 g（相当于952 mmol），溶解在1000 ml的90℃的水中，加入碱式碳酸铜118 g（相当于534 mmol）以及丙酮240 ml。冰水浴中将100 ml丙烯酰氯滴加至上述混合液中，搅拌反应24 h。过滤，得到蓝色沉淀，用去离子水、甲醇、乙醚洗涤后干燥。加入800ml去离子水搅拌溶解后再加入800 ml氯仿溶解的8-羟基喹啉溶液30g（相当于203mmol），搅拌12 h，再用800 ml氯仿进行萃取，冷冻干燥后，得丙烯酸-L-丝氨酸酯（SA-1）68.7 g，收率为45.4% 。

由本发明实施例2.1所得丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-1）的红外谱图见图3，氢核磁谱图见图4。

2.2甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯的合成

称取L-丝氨酸100 g（相当于952 mmol），溶解在1000 ml的90℃的水中，加入碱式碳酸铜118 g（相当于534 mmol）以及丙酮240 ml。冰水浴中将120 ml甲基丙烯酰氯滴加至上述混合液中，搅拌反应24 h。过滤，得到蓝色沉淀，用去离子水、甲醇、乙醚洗涤后干燥。加入800 ml去离子水搅拌溶解后再加入800 ml氯仿溶解的8-羟基喹啉溶液30 g（相当于203mmol），搅拌12 h，再用800 ml氯仿进行萃取，冷冻干燥后，得甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯（SA-2）70.7 g，收率为42.9% 。

实施例3：

水凝胶的合成

本发明所述聚丝氨酸水凝胶的合成机理图，如图1所示。

在实施例2.1和实施例1.2的基础上，将由实施例2.1得到的丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-1）50 g（相当于0.32 mol），由实施例1.2得到的水溶性大分子交联剂PEG₄₅DMA 0.4 g（相当于0.2 mmol）以及水溶性引发剂过硫酸钾0.05 g（相当于0.18 mmol），加入100 g去离子水中。通氩气除氧40 min。在60℃下反应8 h后，得同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶（PSA-PEGDMA）。

实施例4：

水凝胶的合成

在实施例2.1和实施例1.1的基础上，将由实施例2.1得到的丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-1） 25 g（相当于0.16 mol），由实施例1.1得到的水溶性大分子交联剂PEG₁₈₀DMA 6.4g（相当于0.8 mmol）以及水溶性引发剂过硫酸钾0.25 g（相当于0.9 mmol），加入100 g去离子水中。通氩气除氧20 min。在65℃下反应6 h后，得同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶（PSA-PEGDMA）。

本发明实施例4所述的由实施例2.1得到的丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-1）的红外谱图和由本发明实施例4所得聚丝氨酸水凝胶（PSA-PEGDMA）的红外谱图，见图5所示。

实施例5：

水凝胶的合成

在实施例2.2和实施例1.3的基础上，将由实施例2.2得到的甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-2）35 g（相当于0.2 mol），水溶性大分子交联剂PEG₄₅₄DMA 1.6 g（相当于0.08mmol）以及水溶性引发剂过硫酸钾 0.025 g（相当于0.09 mmol），加入100 g去离子水中。通氮气除氧30 min。在70℃下反应4.5 h后，得同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶（PSA-PEGDMA）。

实施例6：

水凝胶的pH敏感性实验：

在实施例3、4和5的基础上，将由实施例3、4和5所得水凝胶放在冷冻干燥机中，冷冻干燥48 h，分别得到干态水凝胶。将所得干态水凝胶各称取3份，称重，记录干态水凝胶的质量（W_d）。然后将干态水凝胶浸泡在不同pH值的水溶液中，进行三次平行实验，测试平衡吸水率随pH值的变化。在室温下间隔一定时间（t）后，取出水凝胶用滤纸擦去表面的水分，称重，记录湿态水凝胶的质量（W_t），由下式计算水凝胶的平衡溶胀率（R_e）：

R_e = (W_t-W_d)/W_d。

由实施例3所得水凝胶，在pH=2，3和7中的溶胀率分别是17.89、2.07和6.44；

由实施例4所得水凝胶，在pH=3时，200 min时水凝胶的Re只有8.32；而pH降低至2时，由于丝氨酸单体在低pH下侧链上氨基在酸性水溶液里质子化，静电斥力导致水凝胶溶胀，所以水凝胶的Re增加至20.84；而pH升高至7时，由于丝氨酸侧链所含羧基的去质子化，静电斥力导致水凝胶溶胀，所以水凝胶的Re增加至10.71。由实施例4所得水凝胶在不同pH值的溶胀平衡曲线，见图6。

由实施例5所得水凝胶，在pH=2，3和7中的溶胀率分别是14.33、7.52和8.96。

实施例7：

水凝胶的温度及离子强度敏感性实验

在实施例3、4、5和6的基础上，将由实施例3、4和5所得水凝胶放在冷冻干燥机中，冷冻干燥48 h分别得到干态水凝胶。将所得干态水凝胶各称取3份，称重，记录干态水凝胶的质量（W_d）。

离子强度诱导的实验：

方法为：在实施例6所述方法的基础上，取实施例4所得水凝胶，不改变溶液的pH值，只改变溶液的离子强度，分别测定在不加NaCl时，200 min时水凝胶的Re和添加NaCl后水凝胶的Re。

结果为：在不加NaCl时，200 min时水凝胶的Re为8.32；当NaCl摩尔浓度增加至3M，水凝胶的Re增加至10.45，这是由于添加NaCl使得离子键解离，导致水凝胶溶胀；由实施例4所得水凝胶在不同NaCl浓度时的溶胀平衡曲线，见图7。

温度诱导的实验：

方法为：在实施例6所述方法的基础上，不改变溶液的pH值，只改变溶液的温度，分别测定干态水凝胶在20℃（室温）以及60℃的溶胀平衡率Re。

结果为：由实施例3所得水凝胶，在20℃和60℃中的溶胀率分别是2.07和6.84。由实施例4所得水凝胶，在室温时，200 min时水凝胶的Re只有8.32；而温度升高至60^oC时，由于水凝胶表现出UCST性质，导致水凝胶溶胀，所以水凝胶的Re增加至13.74；由实施例4所得水凝胶在不同温度下的溶胀平衡曲线，见图8。由实施例5所得水凝胶，在20℃和60℃中的溶胀率分别是7.52和13.42。

实施例8：

水凝胶应用实施例。

8.1 pH诱导的药物释放

在实施例4的基础上，按照实施例4所述方法，在制备水凝胶的过程中，加入150 mg水杨酸钠，制备包裹药物分子的水凝胶。具体操作方法为：

将由实施例2.1得到的丙烯酸-L-丝氨酸酯单体（SA-1） 25 g（相当于0.16 mol），由实施例1.2得到的水溶性大分子交联剂PEG₁₈₀DMA 6.4 g（相当于0.8 mmol）以及水溶性引发剂过硫酸钾0.25 g（相当于0.9 mmol），水杨酸钠150 mg（相当于0.937 mmol），加入100 g去离子水中。通氩气除氧20 min。在65℃下反应6 h后，聚合完全，得到同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶（PSA-PEGDMA），该水凝胶为包裹药物分子的水凝胶。将所得水凝胶分成3等份，分别放入3个透析袋中，然后将透析袋分别放在pH=2、pH=3以及pH=7的溶液中（室温，20 ºC）进行药物释放。每组实验重复三次，取平均值计算药物累积释放率。每间隔10 min取出3 ml透析袋外水溶液，并补入3 ml对应的pH水溶液以保证透析袋外水溶液体积恒定。采用紫外分光光度法，测定所取出的溶液中水杨酸钠的浓度，计算药物释放率。

实验结果为：在pH=3时，200min时药物的累积释放率只有62.05 %；在pH=7时，200min的释放率达到了67.9 %；而pH降低至2时，由于丝氨酸在低pH下侧链上氨基在酸性水溶液里质子化，静电斥力导致水凝胶溶胀，所以水杨酸钠在200min时释放率达到了75.24%。由实施例8.1所得包裹药物分子的水凝胶在不同pH值下水杨酸钠的累积释放量曲线，见图9。

8.2温度诱导的药物释放

在实施例4的基础上，按照实施例4所述方法，在制备水凝胶的过程中，加入水杨酸钠150 mg（相当于0.937 mmol），制备包裹药物分子的水凝胶。具体操作方法同实施例8.1中包裹药物分子的水凝胶的制备方法。

将所得包裹药物分子的水凝胶分成2等份，分别放入2个透析袋中，再将透析袋放在20℃和60℃的恒温水浴锅中进行药物释放。每组实验重复三次，取平均值计算药物累积释放率。每间隔10 min取出3 ml透析袋外水溶液，并补入3 ml水溶液以保证透析袋外水溶液体积和pH值恒定。采用紫外分光光度法，测定所取出的溶液中水杨酸钠的浓度，计算药物释放率。

实验结果为：在20℃时，200min时药物的累积释放率只有62.05 %；在60℃时，由于水凝胶水溶性增强，200min时的释放率达到了79.42 %。由实施例8.2所得包裹药物分子的水凝胶在不同温度下水杨酸钠的累积释放量曲线，见图10。

8.3 NaCl诱导的药物释放

在实施例4的基础上，按照实施例4所述方法，在制备水凝胶的过程中，加入水杨酸钠300 mg（相当于1.874 mmol），制备包裹药物分子的水凝胶。具体操作方法同实施例8.1中包裹药物分子的水凝胶的制备方法。

将所得包裹药物分子的水凝胶分成2等份，分别放入2个透析袋中，再将透析袋放在NaCl浓度为0和3mol/l的水溶液中进行药物释放。每间隔10 min取出3 ml透析袋外水溶液进行，并补入3 ml对应NaCl浓度的水溶液以保证透析袋外水溶液体积和浓度恒定。采用紫外分光光度法，测定所取出的溶液中水杨酸钠的浓度，计算药物释放率。

实验结果为：在不加NaCl时，200min时药物的累积释放率只有57.83 %；当NaCl浓度为3mol/l时，水杨酸钠200min时的释放率达到了72.78 %。由实施例8.3所得包裹药物分子的水凝胶在不同NaCl浓度下水杨酸钠的累积释放量曲线，见图11。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明的权利范围。任何以本申请专利范围所涵盖的权利范围实施的技术方案，或者任何熟悉本领域的技术人员，利用上述揭示的方法内容做出许多可能的变动和修饰的方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，该三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶由乙烯基L-丝氨酸单体、水溶性引发剂和水溶性大分子交联剂，采用水相自由基聚合的方法制备得到；所述水溶性大分子交联剂的分子末端含有碳碳双键结构；所述乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂和水溶性引发剂的比例为（0.15~0.45）mol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.05~1.0）mmol；

所述水溶性引发剂为水溶性偶氮类引发剂或过硫酸盐；所述乙烯基L-丝氨酸单体为丙烯酸-L-丝氨酸酯或甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯，其化学结构式如下所示，

，其中，R为氢或甲基；

所述末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂的化学结构式如下所示，其中R₁为氢或甲基，n的数值为40～500：

。

2.如权利要求1所述的一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，n的数值为45或180或454。

3.如权利要求1所述的一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，所述水溶性引发剂为偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。

4.如权利要求1所述的一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，所述三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶具有温度响应性、pH响应性和离子强度响应性。

5.如权利要求1所述的一种三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶，其特征在于，可用于控制负载分子的智能释放。

6.一种如权利要求1-5任一所述的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S01. 将乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂以及水溶性引发剂，加入去离子水中；

S02. 通入惰性气体，除氧15~45min；

S03. 在60-70 ℃下反应4~10h，得到同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应聚丝氨酸水凝胶。

7.一种三重刺激响应载药水凝胶，其特征在于，该三重刺激响应载药水凝胶由乙烯基L-丝氨酸单体、水溶性引发剂、水溶性大分子交联剂和水溶性药物，采用水相自由基聚合及原位包裹法制备得到；所述乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂、水溶性引发剂和水溶性药物的比例为（0.15~0.45）mol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.05~1.0）mmol︰（0.001~200）mmol；

所述水溶性引发剂为水溶性偶氮类引发剂或过硫酸盐；所述乙烯基L-丝氨酸单体为丙烯酸-L-丝氨酸酯或甲基丙烯酸-L-丝氨酸酯，其化学结构式如下所示，

，其中，R为氢或甲基；

所述末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂的化学结构式如下所示，其中R₁为氢或甲基，n的数值为40～500：

。

8.一种如权利要求7所述的三重刺激响应载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S01. 将乙烯基L-丝氨酸单体、末端含有碳碳双键结构的水溶性大分子交联剂、水溶性引发剂以及水溶性药物，加入去离子水中；

S02. 通入惰性气体，除氧15~45min；

S03. 在60-70 ℃下反应4~10h，得到同时对温度、pH以及离子强度响应的三重刺激响应载药水凝胶。

Images