專利名稱：一種溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方案涉及高分子材料，具體是涉及一種溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放 材料。
背景技術(shù)：
目前，利用有機(jī)高分子聚合物作為活性制劑的載體或介質(zhì)，制成緩釋劑是高分子 科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)活性制劑的可控釋放，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、生物工程等領(lǐng)域 得到了廣泛的研究和應(yīng)用(Yang Q, Wang S C, Fan P W, et al. pH-Responsive Carrier System Based on Carboxylic Acid Modified Mesoporous Silica and Polyelectrolyte for Drug Delivery. Chem. Mater.，2005，17 :5999-6003)?？煽蒯尫攀侵阁w系內(nèi)的活性制 劑可按預(yù)先設(shè)定的速度釋放到周圍環(huán)境中去，從而在某段時(shí)間內(nèi)，在特定的區(qū)域，活性制劑 的濃度可以保持在某個(gè)事先設(shè)定的范圍內(nèi)(Reineccius G A. Carbonhydrates for Flavor Encapulation. Food Technology, 1991,45(3) :144-149)。要獲得理想的釋放行為，要求作 為載體的材料具有適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)性能，能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的響應(yīng)，具有生物相容性等。Ishika ^ (Ishika L, Wang X J, Paul W B. Temperature-controlled Flow Switching in Nanocapillary Array Membranes Mediated by Poly(N-isopropylacrylamide)Polymer Brushes Grafted by Atom Transfer Radical Polymerization. Langmuir 2007,23 :305-311)在涂金后的多孔聚碳酸酯納米膜表面通過 ATRP反應(yīng)接枝聚N-異丙基丙烯酰胺分子刷，制備出具了有溫度響應(yīng)性的多孔聚碳酸酯納 米膜，并使用異硫氰酸熒光素標(biāo)記的右旋糖酐作為探針對(duì)該膜的溫度響應(yīng)性能進(jìn)行了表 征。Xu 等人(Xu Y L, Shi L Q, Ma R J. Synthesis and micellization of thermo-and pH-responsive block copolymer of poly(N-isopropylacrylamide)-block-poly (4 -vinylpyridine). Polymer, 2007,48 :1711-1717)通過(ATRP)方法合成了分子量可控 且分布較窄的雙親水性嵌段共聚物聚(N-異丙基丙烯酰胺)-b-聚乙烯基吡啶) (PNIPAAm-6-P4VP)和乙二醇_b_聚乙烯基吡啶)(PEG_b_P4VP)，利用硫酸根誘導(dǎo)聚 (N-異丙基丙烯酰胺)-b-聚乙烯基吡啶)(PNIPAAm-b-P4VP)和聚乙二醇_b_聚乙 烯基吡啶)(PEG-b-P4VP)的混合物在水溶液中自組裝，制備了以P4VP嵌段為核、以PEG/ PNIPAAm為混合殼的復(fù)合膠束。將膠束溶液的溫度到PNIPAAm嵌段的LCST以上誘導(dǎo)混合 殼發(fā)生相分離，得到了具有核-殼-冠狀結(jié)構(gòu)的膠束。研究了混合殼組成不同的復(fù)合膠束 的表面形態(tài)。PNIPAAm嵌段塌縮后的形態(tài)與PNIPAAm和PEG在混合殼中的相對(duì)含量有關(guān)。 這種表面帶有通道結(jié)構(gòu)的膠束將對(duì)促進(jìn)嵌段共聚物膠束在藥物控制釋放領(lǐng)域中的應(yīng)用具 有重要價(jià)值。崔瑩等人(崔瑩，朱振中，董偉.聚N-異丙基丙烯酰胺硅膠鍵合固定相的應(yīng) 用.理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè))，2010，46 (7) =756-759)采用N-異丙基丙烯酰胺制備了聚N-異 丙基丙烯酰胺硅膠鍵合固定相。試驗(yàn)將聚N-異丙基丙烯酰胺硅膠鍵合固定相應(yīng)用于堿性 物質(zhì)和酯類物質(zhì)的分離，各組分實(shí)現(xiàn)了基線分離，且色譜峰形對(duì)稱；并利用聚N-異丙基丙 烯酰胺硅膠鍵合固定相，在甲醇-水(30+70)混合液為流動(dòng)相，28 32°C時(shí)發(fā)生了相轉(zhuǎn)變，由親水性構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷詷?gòu)象的溫敏特性，可將其用于兩種極性差異較大的極性化 合物分析中。溫敏特性N-異丙基丙烯酰胺具有良好的雙親性，即N-異丙基丙烯酰胺分子 中同時(shí)具有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基；另一方面，它的聚合物，聚N-異丙基丙烯 酰胺(PNIPAAm)無論是以何種結(jié)構(gòu)形式存在，都具有良好的溫度響應(yīng)性(Xie Z Y，Chen N C, Liu C S.Synthesis and Characterization of Ethylenediamine Tetraacetic Acid Tetrasodium Salt Loaded in Microcapsules with Slow Release Properties. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2010,18(1) :149-155)。在 32°C 附近一個(gè)狹窄的溫度 范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)生較小的溫度變化時(shí)，會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變行為，由親水性構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷詷?gòu)象。 正是由于這兩種構(gòu)象間隨溫度的變化而產(chǎn)生的可逆轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致了不同的色譜分離機(jī)制。三維有序大孑L材料(3D0M 材料，Three-dimensionalIy Ordered Macroporous Materials)孔結(jié)構(gòu)在三維空間有序排列，每一個(gè)球孔與周圍的十二個(gè)孔通過孔窗相互連 通，具有均勻的大孔孔道且孔徑在50nm以上(最大可達(dá)幾個(gè)微米)，具有較高的孔體積， 可用于大分子的催化、過濾和分離，彌補(bǔ)了小孔結(jié)構(gòu)分子篩和介孔材料難以讓大分子進(jìn)入 空腔的缺點(diǎn)。通過可控/活性聚合方法的發(fā)現(xiàn)和實(shí)施，使設(shè)計(jì)合成各種新型的、具有刺激 響應(yīng)性的共聚物成為高分子合成領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。通過ATRP反應(yīng)后功能化的方法在 3D0M材料表面接枝功能性聚合物鏈段，“graft-from”方法(Balachandra A M，Baker GL, Bruening M L. Journal of Membrane Science，2003，227 1)制備聚合物過程中，溶液中的 單體小分子在固定在材料表面的引發(fā)劑的作用下引發(fā)聚合，采用這種接枝方法得到的接枝 層具有較高接枝密度，且接枝鏈長度容易控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前文獻(xiàn)中還沒有利用在有序大孔材料孔壁接枝響應(yīng)性聚合物鏈段從而制 備具有響應(yīng)性控制釋放材料的研究報(bào)道，因此，本發(fā)明通過結(jié)合三維有序大孔聚合物材料 的優(yōu)點(diǎn)，提供了一種新型具有溫度響應(yīng)性控制釋放材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)當(dāng)前技術(shù)存在由于介孔材料孔容較低、膠囊 存在不易克服的突釋效應(yīng)等的不足，本發(fā)明提供了一種全新的基于三維有序大孔材料的溫 度響應(yīng)控制釋放材料，具有孔容量高、緩釋的特點(diǎn)。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料，該材料的大孔和連通窗口孔徑均一， 大孔孔徑為100 lOOOnm，連通窗口尺寸為40 120nm，孔容為1. 3 2. 8cm7g，其基質(zhì)為 具有相互連通窗口的單分散三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯，在基質(zhì)上通過原子轉(zhuǎn)移自由基活 性“可控”接枝聚合方法引入具有溫度響應(yīng)性的聚合物鏈段，利用溫度響應(yīng)性的聚合物鏈段 在不同溫度下的伸展-卷曲作用實(shí)現(xiàn)對(duì)大孔之間連通窗口的開關(guān)控制在t = 25°C時(shí)，大 分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔窗關(guān)閉；隨著溫度的升高，大分子鏈逐漸收縮，，孔窗逐漸打開，在t =50°C時(shí)，大分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小20 60nm，孔窗完全打開，進(jìn)而 達(dá)到對(duì)填充包容物質(zhì)的可控釋放的作用。所述的溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料的制備方法，包括以下步驟(1)膠體晶模板的制備室溫下，在三口瓶中，依次加入質(zhì)量百分比濃度為25%的氨水、無水乙醇、蒸餾水和正硅酸乙酯，質(zhì)量比為質(zhì)量百分比濃度為25%的氨水無水乙醇蒸餾水正硅酸乙酯 =11 70 6.2 3，攪拌至混合液呈均一、穩(wěn)定狀懸濁液，補(bǔ)加相同質(zhì)量配比的等量的氨 水、無水乙醇、蒸餾水和正硅酸乙酯，重復(fù)1 4次，將所得懸濁液倒入燒杯中，室溫下靜止 使溶劑自然揮發(fā)完全，然后將制備的二氧化硅膠體晶模板置于甘鍋中，在馬沸爐中于400°C 下燒結(jié)5小時(shí)后，緩慢降溫至室溫，即得到平均粒徑為130 1300nm的二氧化硅微球相互 粘連的膠體晶模板。(2)三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備在無水無氧條件下，向兩口瓶中加入步驟(1)所制備的二氧化硅膠體晶模板，在 氬氣保護(hù)下加入苯乙烯單體、二乙烯基苯交聯(lián)劑、引發(fā)劑使之浸沒模板，體積比為二乙烯基 苯苯乙烯=1 1 8，引發(fā)劑占總質(zhì)量的0.1 15%，攪拌均勻后，浸泡0.5 2小時(shí)， 80°C下聚合20 32小時(shí)，剝離模板表面的聚苯乙烯，即得到三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯/ 二氧化硅復(fù)合物；將復(fù)合物置于質(zhì)量百分比濃度為40%氫氟酸中，超聲分散10 60分鐘 后，浸泡6 15小時(shí)，而后反復(fù)水洗至中性，80°C下真空干燥20 28小時(shí)，即得到孔徑范 圍為100 IOOOnm的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS)。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁表面在無水無氧條 件下將質(zhì)量配比為氯化鋅氯甲醚=1 20 60的混合液加入負(fù)壓狀態(tài)下裝有三維有序 大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的反應(yīng)器中至浸沒材料，在35°C條件下攪拌反應(yīng)22 30小時(shí)后， 用無水乙醇進(jìn)行抽提6 15小時(shí)，烘干后得到氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料 (氯甲基化3D0M CLPS)。然后采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在制備的氯甲基化的三維有序大孔交 聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁接枝溫度響應(yīng)性聚合物鏈在無水無氧條件下，向兩口瓶中依次加入 氯化亞銅、功能單體、環(huán)己酮和五甲基二乙烯三胺，攪拌至充分溶解后，將混合液抽出，迅速 注入負(fù)壓狀態(tài)下盛有氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的兩口瓶中，其中質(zhì)量配 比為氯甲基化3D0M CLPS 氯化亞銅功能單體環(huán)己酮五甲基二乙烯三胺=1 1 6 20 60 1 5 1 5 ；在65 90°C下反應(yīng)16 32小時(shí)，將得產(chǎn)物用四氫呋喃 抽提28 32小時(shí)后，再在60°C下真空干燥20 28小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝具有溫 度響應(yīng)性聚合物鏈段的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PNIPAAm或3D0M CLPS-g-PDMAA)。所述的步驟O)中的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化二苯甲酰、過 氧化十二酰、過氧化二碳酸二異丙酯或過氧化苯甲酸特丁酯。所述步驟(3)中的功能單體為N-異丙基丙烯酰胺或聚N，N- 二甲基丙烯酰胺。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明所提出的一種新的溫度響應(yīng)可控釋放材料是基于對(duì) 三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯大孔之間連通窗口的開關(guān)控制，因此其具備有序大孔材料本身 的特點(diǎn)將其應(yīng)用到可控釋放領(lǐng)域，例如孔容積大，可達(dá)到1. 3 2. 8cm7g，可儲(chǔ)存較多的釋 放材料；其次，利用三維有序大孔聚合物作為基質(zhì)可在其孔壁引入較多的原子轉(zhuǎn)移自由基 接枝聚合引發(fā)劑活性點(diǎn)，這樣可得到較高的接枝密度，更好的對(duì)內(nèi)容物進(jìn)行可控釋放；此 外，由于有序大孔本身具有尺寸均一的大孔和連通窗口，結(jié)合原子轉(zhuǎn)移自由基活性“可控” 接枝聚合方法，一方面，可控制接枝鏈段的長度，控制開關(guān)的大??；另一方面，使引入的具有開關(guān)效應(yīng)的聚合物鏈段能夠?qū)跛羞B通窗口達(dá)到開關(guān)控制，在不同溫度條件下聚合物 鏈段卷曲、伸展程度不同，因此通過控制溫度最終實(shí)現(xiàn)對(duì)孔“開-關(guān)”的控制，從而起到了很 好的閾流作用。聚N-異丙基丙烯酰胺(POTPAAm)大分子鏈上同時(shí)具有親水性的酰胺基和疏 水性的異丙基，最低臨界溶解溫度(LCST)為32°C。當(dāng)溫度低于32°C (LCST)時(shí)，在最低臨界 溶解溫度(LCST)以下聚合物大分子鏈之間有較強(qiáng)的氫鍵締合，聚合物具有良好的親水性， 大分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔窗關(guān)閉；當(dāng)溫度高于32°C (LCST)時(shí)，因PNIPPAm與水分子間的氫 鍵被破壞，大分子鏈逐漸收縮，分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小20 60nm，孔 窗打開。因此該種材料可在生物醫(yī)學(xué)、藥物控釋體系、活性酶及催化劑的緩釋-包埋等可控 釋放領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。


圖1為實(shí)施例1中平均孔徑為500nm的3D0M CLPS材料接枝聚N-異丙基丙烯酰 胺鏈段后，得到的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm材料在不同溫度下的掃描電鏡照 片。(a)t = 25°C, (b)t = 50°C。 圖2為實(shí)施例2中平均孔徑為800nm的3D0M CLPS材料接枝聚N，N- 二甲基丙烯 酰胺鏈段后，得到的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料在不同溫度下的掃描電鏡照 片。(a)t = 25°C, (b)t = 50°C。圖3為實(shí)施例1中平均孔徑為500nm的3D0M CLPS材料接枝聚N-異丙基丙烯酰 胺鏈段后，得到的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm和磺化反應(yīng)親水處理的3D0M CLPS 材料在不同溫度下對(duì)溴酚藍(lán)的累積釋放曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1平均孔徑為500nm的3D0M CLPS材料接枝聚鏈段后得到的具有響應(yīng)性 3D0MCLPS-g-PNIPAAm 材料的制備。(1)平均粒徑為660nm的膠體晶模板的制備室溫下，在三口瓶中，依次加入質(zhì)量分別為Ilg質(zhì)量百分比濃度為25%的氨水、 70g無水乙醇、6. 2g蒸餾水、3g正硅酸乙酯。攪拌至混合液呈均一、穩(wěn)定狀懸濁液，補(bǔ)加相同 質(zhì)量配比的等量的氨水、無水乙醇、蒸餾水和正硅酸乙酯，重復(fù)2次，將所得懸濁液倒入燒 杯中，室溫下靜止使溶劑自然揮發(fā)完全，得到二氧化硅膠體晶模板，將其置于甘鍋中，在馬 沸爐中于400°C下燒結(jié)5小時(shí)后，緩慢降溫至室溫，即得到平均粒徑為660nm的二氧化硅微 球相互粘連的膠體晶模板；(2)平均孔徑為500nm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備在無水無氧條件下，向兩口瓶中加入步驟(1)所制備的二氧化硅微球相互粘連的 膠體晶模板，在氬氣保護(hù)下加入注入體積為5ml(4. 5g)苯乙烯單體、Iml (0. 9g) 二乙烯基苯 交聯(lián)劑、0. 05g偶氮二異丁腈引發(fā)劑，攪拌均勻后，浸泡2小時(shí)，80°C下聚合觀小時(shí)，剝離 模板表面的聚苯乙烯，即得到三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯/ 二氧化硅復(fù)合物；將復(fù)合物置 于質(zhì)量百分比濃度為40%氫氟酸中，超聲分散50分鐘后，浸泡9小時(shí)，而后反復(fù)水洗至中 性，80°C下真空干燥21小時(shí)，即得到平均孔徑為500nm的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS)。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面。無水無氧條件下在裝有三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的真空狀態(tài)下(本發(fā)明所述 的真空、負(fù)壓狀態(tài)均為真空度為-0. IMpa，其它實(shí)施例同)的反應(yīng)器中，依次加入Ig氯化 鋅、40g氯甲醚，在35°C條件下攪拌反應(yīng)觀小時(shí)后，用無水乙醇進(jìn)行抽提15小時(shí)，烘干后得 到氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(氯甲基化3D0M CLPS)。然后，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚 苯乙烯材料孔壁接枝N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)聚合物鏈在無水無氧條件下，向兩口瓶 中依次加入Ig氯化亞銅、40g N-異丙基丙烯酰胺單體、3g環(huán)己酮、Ig五甲基二乙烯三胺，攪 拌至充分溶解后，將混合液抽出，迅速注入真空狀態(tài)下盛有Ig氯甲基化的三維有序大孔交 聯(lián)聚苯乙烯材料的兩口瓶中。在65°C下反應(yīng)16小時(shí)，將得產(chǎn)物用四氫呋喃抽提觀小時(shí)后， 再在60°C下真空干燥沈小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝N-異丙基丙烯酰胺聚合物鏈的三維 有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PNIPAAm)。將制得的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm材料在不同溫度下干燥，見附圖 1，圖1中可以看出，所得到的平均孔徑為500nm的具有響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm材料 大孔及孔窗直徑有明顯變化，隨溫度的升高，大孔及孔窗直徑逐漸增大，實(shí)現(xiàn)了其由“關(guān)”到 “開”的過程。在溫度低于32°C (LCST)即t = 25°C時(shí)，在最低臨界溶解溫度(LCST)以下聚 合物大分子鏈之間有較強(qiáng)的氫鍵締合，聚合物具有良好的親水性，大分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔 窗關(guān)閉；當(dāng)溫度高于32°C (LCST)即t = 50°C時(shí)，因PNIPPAm與水分子間的氫鍵被破壞，大 分子鏈逐漸收縮，分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小30nm，孔窗打開。實(shí)施例2平均孔徑為SOOnm的3D0M CLPS材料接枝聚N，N- 二甲基丙烯酰胺鏈段后得到的 具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料的制備(1)平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備方法其它步驟同實(shí)施例1(1)，變化的為 重復(fù)次數(shù)為3次，即得到平均粒徑為IlOOnm的二氧化硅微球相互粘連的膠體晶模板；(2)平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備方法其它步驟同實(shí)施 例K2)，調(diào)整的為加入體積為6ml(5. 5g)苯乙烯單體、Iml (0. 9g) 二乙烯基苯交聯(lián)劑、0. 06g 偶氮二異丁腈引發(fā)劑，浸泡1. 5小時(shí)，80°C下聚合時(shí)間為32小時(shí)，剝離模板表面的聚苯乙 烯，即得到三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯/ 二氧化硅復(fù)合物；將復(fù)合物置于質(zhì)量百分比濃度 為40%氫氟酸中，超聲分散60分鐘后，浸泡12小時(shí)，而后反復(fù)水洗至中性，80°C下真空干燥 22小時(shí)，即得到平均孔徑為SOOnm的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS)。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面其它步驟同實(shí)施例1(3)，調(diào)整的為加入質(zhì)量分別為Ig氯化鋅、50g氯甲醚，在35°C條件 下攪拌反應(yīng)23小時(shí)后，用無水乙醇進(jìn)行抽提8小時(shí)，烘干后得到氯甲基化的三維有序大孔 交聯(lián)聚苯乙烯材料(氯甲基化3D0M CLPS)。
采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯 材料孔壁接枝N，N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)聚合物鏈在無水無氧條件下，向兩口瓶中依 次加入Ig氯化亞銅、50g N, N-二甲基丙烯酰胺單體、4g環(huán)己酮、2g五甲基二乙烯三胺，攪 拌至充分溶解后，將混合液抽出，迅速注入真空狀態(tài)下盛有Ig氯甲基化的三維有序大孔交 聯(lián)聚苯乙烯材料的兩口瓶中。在75°C下反應(yīng)沈小時(shí)，將得產(chǎn)物用四氫呋喃抽提30小時(shí)后， 再在60°C下真空干燥25小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝N，N- 二甲基丙烯酰胺聚合物鏈的三 維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PDMAA)。將制得的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料在不同溫度下干燥，見附圖2， 圖2中可以看出，所得到的平均孔徑為800nm的具有響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料大孔 及孔窗直徑有明顯變化，隨溫度的升高，大孔及孔窗直徑逐漸增大，實(shí)現(xiàn)了其由“關(guān)”到“開” 的過程。在溫度低于32°C (LCST)即t = 25°C時(shí)，在最低臨界溶解溫度(LCST)以下聚合物 大分子鏈之間有較強(qiáng)的氫鍵締合，聚合物具有良好的親水性，大分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔窗關(guān) 閉；當(dāng)溫度高于32°C (LCST)即t = 50°C時(shí)，因PDMAA與水分子間的氫鍵被破壞，大分子鏈 逐漸收縮，分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小50nm，孔窗打開。實(shí)施例3平均孔徑為800nm的3D0M CLPS材料接枝聚鏈段后得到的具有響應(yīng)性 3D0MCLPS-g-PNIPAAm 材料的制備。(1)平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備方法步驟同實(shí)施例2 (1)。(2)平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備方法步驟同實(shí)施例 2(2)。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面。無水無氧條件下在裝有三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的真空狀態(tài)下的反應(yīng)器中， 依次加入質(zhì)量分別為Ig氯化鋅、42g氯甲醚，在35°C條件下攪拌反應(yīng)23小時(shí)后，用無水乙 醇進(jìn)行抽提14小時(shí)，烘干后得到氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料。然后，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚 苯乙烯材料孔壁接枝N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)聚合物鏈。在無水無氧條件下，向兩口 瓶中依次加入Ig氯化亞銅、44g N-異丙基丙烯酰胺單體、知環(huán)己酮、2g五甲基二乙烯三胺， 攪拌至充分溶解后，將混合液抽出，迅速注入真空狀態(tài)下(真空度為-0. IMpa)盛有Ig氯甲 基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的兩口瓶中。在75°C下反應(yīng)沈小時(shí)，將得產(chǎn)物用四 氫呋喃抽提25小時(shí)后，再在60°C下真空干燥21小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝N-異丙基丙 烯酰胺聚合物鏈的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PNIPAAm)。實(shí)施例4平均孔徑為500nm的3D0M CLPS材料接枝聚N，N- 二甲基丙烯酰胺鏈段后得到的 具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料的制備。(1)平均粒徑為660nm的膠體晶模板的制備平均粒徑為660nm的膠體晶模板的制備方法步驟同實(shí)施例1 (1)。
(2)平均孔徑為500nm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備平均孔徑為500nm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備方法步驟同實(shí)施例 1⑵。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材 料孔壁接枝N，N- 二甲基丙烯酰胺聚合物鏈步驟同實(shí)施例2 (3)。采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯 材料孔壁接枝N，N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)聚合物鏈。在無水無氧條件下，向兩口瓶中依 次加入Ig氯化亞銅、55gN，N-二甲基丙烯酰胺單體、5g環(huán)己酮、3g五甲基二乙烯三胺，攪拌 至充分溶解后，將混合液抽出，迅速注入真空狀態(tài)下盛有Ig氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián) 聚苯乙烯材料的兩口瓶中。在70°C下反應(yīng)30小時(shí)，將得產(chǎn)物用四氫呋喃抽提31小時(shí)后，再 在60°C下真空干燥27小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝N，N- 二甲基丙烯酰胺聚合物鏈的三維 有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PDMAA)。實(shí)施例5平均孔徑為800nm的3D0M CLPS材料接枝聚鏈段后得到的具有響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm材料的制備。(1)平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備平均粒徑為IlOOnm的膠體晶模板的制備方法步驟同實(shí)施例2 (1)。(2)平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備平均孔徑為SOOnm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備方法其它步驟同實(shí)施 例2 )，調(diào)整的為引發(fā)劑改用過氧化二苯甲酰。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材 料孔壁接枝N-異丙基丙烯酰胺聚合物鏈步驟同實(shí)施例1 C3)。最終制得孔壁表面接枝N-異 丙基丙烯酰胺聚合物鏈的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PNIPAAm)。實(shí)施例6平均孔徑為500nm的3D0M CLPS材料接枝聚N，N- 二甲基丙烯酰胺鏈段后得到的 具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PDMAA材料的制備。(1)平均粒徑為660nm的膠體晶模板的制備平均粒徑為660nm的膠體晶模板的制備方法步驟同實(shí)施例1 (1)。(2)平均孔徑為500nm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備平均孔徑為500nm三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備方法其它步驟同實(shí)施 例1 O)，調(diào)整的為引發(fā)劑改用為過氧化苯甲酸特丁酯。(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝利用氯甲基化反應(yīng)，將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁 表面，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材 料孔壁接枝N，N-二甲基丙烯酰胺聚合物鏈步驟同實(shí)施例2 C3)。最終制得孔壁表面接枝N，N-二甲基丙烯酰胺聚合物鏈的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS-g-PDMAA)。圖3為實(shí)施例1所制備的具有溫度響應(yīng)性3D0M CLPS-g-PNIPAAm材料和磺化反應(yīng) 親水處理的3D0M CLPS材料在不同溫度下對(duì)溴酚藍(lán)的累積釋放曲線。由圖3可以看出溫 度響應(yīng)性材料在50°C下模擬可控釋放時(shí)吸光度的變化速率大于在25°C下吸光度的變化速 率。聚N-異丙基丙烯酰胺(POTPAAm)大分子鏈上同時(shí)具有親水性的酰胺基和疏水性的異 丙基，最低臨界溶解溫度(LCST)為32°C。在溫度低于32°C (LCST)即t = 25°C時(shí)，在最低 臨界溶解溫度(LCST)以下聚合物大分子鏈之間有較強(qiáng)的氫鍵締合，聚合物具有良好的親 水性，大分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔窗關(guān)閉，孔材料內(nèi)填充的指示劑釋放速度相對(duì)較慢；當(dāng)溫度 高于32°C (LCST)即t = 50°C時(shí)，因PNIPPAm與水分子間的氫鍵被破壞，大分子鏈逐漸收縮， 分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小30nm，孔窗打開，孔材料內(nèi)填充的指示劑快速 釋放。溫度響應(yīng)性3D0M材料在溫度高于LCST即t = 50°C時(shí)材料的釋放程度及釋放速度 均較大。我們將3D0MCLPS材料磺化反應(yīng)親水處理后，在不同溫度下模擬可控釋放，孔材料 內(nèi)填充的指示劑釋放程度及釋放速度基本相同。由此說明，接枝溫度響應(yīng)性官能基團(tuán)聚合 物鏈段的三維有序大孔材料對(duì)填充物具有溫度可控釋放的特性。因此該種材料可在生物醫(yī) 學(xué)、藥物控釋體系、活性酶及催化劑的緩釋-包埋等可控釋放領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。利用單分散三維有序大孔材料孔徑及連通窗口尺寸均一特點(diǎn)，將氯原子引發(fā)劑錨 定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁表面，然后采用原子轉(zhuǎn)移自由基活性“可控”接枝 聚合(ATRP)方法在3D0M CLPS孔壁接枝具有溫度響應(yīng)性的聚N-烷基(甲基)丙烯酰胺聚 合物鏈段，通過對(duì)接枝反應(yīng)時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)接枝鏈長度的控制，最終制得孔壁表面接枝 具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料。利用其在不同溫度下的伸 展-卷曲作用實(shí)現(xiàn)對(duì)大孔之間連通窗口的開關(guān)控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)填充包容物質(zhì)的可控釋放 的作用。
權(quán)利要求
1.一種溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料，其特征為該材料的大孔和連通窗口孔徑 均一,大孔孔徑為100 IOOOnm,連通窗口尺寸為40 120nm,孔容為1. 3 2. 8cm3/g，其 基質(zhì)為具有相互連通窗口的單分散三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯，在基質(zhì)上通過原子轉(zhuǎn)移自 由基活性“可控”接枝聚合方法引入具有溫度響應(yīng)性的聚合物鏈段，利用溫度響應(yīng)性的聚合 物鏈段在不同溫度下的伸展-卷曲作用實(shí)現(xiàn)對(duì)大孔之間連通窗口的開關(guān)控制在t = 250C 時(shí)，大分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，孔窗關(guān)閉；隨著溫度的升高，大分子鏈逐漸收縮，，孔窗逐漸打開， 在t = 50°C時(shí)，大分子鏈采取蜷曲的構(gòu)象，孔窗及大孔壁厚減小20 60nm，孔窗完全打開， 進(jìn)而達(dá)到對(duì)填充包容物質(zhì)的可控釋放的作用。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料的制備方法，其特征為包 括以下步驟(1)膠體晶模板的制備室溫下，在三口瓶中，依次加入質(zhì)量百分比濃度為25%的氨水、無水乙醇、蒸餾水和正 硅酸乙酯，質(zhì)量比為質(zhì)量百分比濃度為25%的氨水無水乙醇蒸餾水正硅酸乙酯= 11 70 6.2 3，攪拌至混合液呈均一、穩(wěn)定狀懸濁液，補(bǔ)加相同質(zhì)量配比的等量的氨 水、無水乙醇、蒸餾水和正硅酸乙酯，重復(fù)1 4次，將所得懸濁液倒入燒杯中，室溫下靜止 使溶劑自然揮發(fā)完全，然后將制備的二氧化硅膠體晶模板置于甘鍋中，在馬沸爐中于400°C 下燒結(jié)5小時(shí)后，緩慢降溫至室溫，即得到平均粒徑為130 1300nm的二氧化硅微球相互 粘連的膠體晶模板；(2)三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的制備在無水無氧條件下，向兩口瓶中加入步驟(1)所制備的二氧化硅膠體晶模板，在氬氣 保護(hù)下加入苯乙烯單體、二乙烯基苯交聯(lián)劑、引發(fā)劑使之浸沒模板，體積比為二乙烯基苯 苯乙烯=1 1 8，引發(fā)劑占總質(zhì)量的0.1 15%，攪拌均勻后，浸泡0.5 2小時(shí)，80°C 下聚合20 32小時(shí)，剝離模板表面的聚苯乙烯，即得到三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯/ 二氧 化硅復(fù)合物；將復(fù)合物置于質(zhì)量百分比濃度為40%氫氟酸中，超聲分散10 60分鐘后，浸 泡6 15小時(shí)，而后反復(fù)水洗至中性，80°C下真空干燥20 28小時(shí)，即得到孔徑范圍為 100 IOOOnm的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(3D0M CLPS)；(3)具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的接枝將氯原子引發(fā)劑錨定在三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料孔壁表面在無水無氧條件下 將質(zhì)量配比為氯化鋅氯甲醚=1 20 60的混合液加入負(fù)壓狀態(tài)下裝有三維有序大孔 交聯(lián)聚苯乙烯材料的反應(yīng)器中至浸沒材料，在35°C條件下攪拌反應(yīng)22 30小時(shí)后，用無水 乙醇進(jìn)行抽提6 15小時(shí)，烘干后得到氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料(氯甲 基化 3D0M CLPS).；然后采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法在制備的氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián) 聚苯乙烯材料孔壁接枝溫度響應(yīng)性聚合物鏈在無水無氧條件下，向兩口瓶中依次加入氯 化亞銅、功能單體、環(huán)己酮和五甲基二乙烯三胺，攪拌至充分溶解后，將混合液抽出，迅速注 入負(fù)壓狀態(tài)下盛有氯甲基化的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料的兩口瓶中，其中質(zhì)量配比 為氯甲基化3D0M CLPS 氯化亞銅功能單體環(huán)己酮五甲基二乙烯三胺=1 1 6 20 60 1 5 1 5 ；在65 90°C下反應(yīng)16 32小時(shí)，將得產(chǎn)物用四氫呋喃 抽提28 32小時(shí)后，再在60°C下真空干燥20 28小時(shí)，最終制得孔壁表面接枝具有溫度響應(yīng)性聚合物鏈段的三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯材料。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料的制備方法，其特征為 所述的步驟O)中的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化二苯甲酰、過氧化十二 酰、過氧化二碳酸二異丙酯或過氧化苯甲酸特丁酯。
4.如權(quán)利要求2所述的溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料的制備方法，其特征為所 述步驟(3)中的功能單體為N-異丙基丙烯酰胺或聚N，N-二甲基丙烯酰胺。
全文摘要
本發(fā)明是一種溫度響應(yīng)三維有序大孔控制釋放材料。該材料的大孔和連通窗口孔徑均一，大孔孔徑為100～1000nm，連通窗口尺寸為40～120nm，孔容為1.3～2.8cm3/g，其基質(zhì)為具有相互連通窗口的單分散三維有序大孔交聯(lián)聚苯乙烯，在基質(zhì)上通過原子轉(zhuǎn)移自由基活性“可控”接枝聚合方法引入具有溫度響應(yīng)性的聚合物鏈段，利用溫度響應(yīng)性的聚合物鏈段在不同溫度下的伸展-卷曲作用實(shí)現(xiàn)對(duì)大孔之間連通窗口的開關(guān)控制隨著溫度的升高，大分子鏈逐漸收縮，孔窗逐漸打開，進(jìn)而達(dá)到對(duì)填充包容物質(zhì)的可控釋放的作用。該種材料可在生物醫(yī)學(xué)、藥物控釋體系、活性酶及催化劑的緩釋-包埋等可控釋放領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C08F212/36GK102120854SQ201010599019
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉盤閣, 張旭, 張海群, 王小梅, 王青青 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)