專利名稱：一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)學(xué)材料，尤其是一種具有PH、溫度、電場(chǎng)敏感的雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠是一種在水或生物體液中能夠溶脹并保持大量水分而又不能溶解的交聯(lián)高分子聚合物網(wǎng)絡(luò)。自從70年代以來(lái)，因其獨(dú)特的吸水和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)而受到材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工作者的研究，被廣泛應(yīng)用于生理衛(wèi)生用品、藥物傳輸體系、隱形眼鏡、廢水處理、防靜電、密封材料、蓄冷劑、溶劑脫水、包裝材料等諸多領(lǐng)域。通常，我們把自身能感知外界環(huán)境(如溫度、PH、光、電、壓力等)微小的變化或刺激，并能產(chǎn)生相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的一類高分子凝膠叫做環(huán)境敏感智能型水凝膠。根據(jù)對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況，它又可以分為溫度響應(yīng)性水凝膠、PH響應(yīng)性水凝膠、光響應(yīng)性水凝膠、 磁場(chǎng)響應(yīng)性水凝膠、壓力響應(yīng)性水凝膠、生物分子響應(yīng)性水凝膠、電場(chǎng)響應(yīng)性水凝膠等。pH值敏感性水凝膠網(wǎng)絡(luò)中一般含有可離子化的酸性或堿性基團(tuán)。隨著介質(zhì)pH值改變，這些基團(tuán)會(huì)發(fā)生電離，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大分子鏈段間氫鍵的解離，產(chǎn)生不連續(xù)的溶脹體積變化。溫敏性水凝膠是一種能隨環(huán)境溫度的變化發(fā)生可逆性的膨脹-收縮的水凝膠。隨著溶脹溫度升高到某一溫度以上時(shí)，凝膠結(jié)構(gòu)中具有一定比例的親水和疏水基團(tuán)，隨著溫度的變化基團(tuán)的疏水作用和大分子鏈間的氫鍵作用使凝膠產(chǎn)生體積相變。宏觀上表現(xiàn)為從溶脹的軟透明狀態(tài)到消溶脹的硬的不透明狀態(tài)的變化，溶脹比的變化往往可達(dá)幾倍到幾十倍。電場(chǎng)敏感水凝膠是指隨著外加直流電場(chǎng)的變化而發(fā)生的體積轉(zhuǎn)變的凝膠。電敏感水凝膠一般含可離子化基團(tuán)，其溶脹易受電場(chǎng)(或電流)影響。在此類凝膠中，帶電基團(tuán)的抗衡離子在電場(chǎng)中遷移，凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外離子濃度的變化引起滲透壓的變化，導(dǎo)致凝膠體積或形狀改變。20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們逐漸對(duì)凝膠的力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行了廣泛的研究。龔建平等人最先提出了雙網(wǎng)絡(luò)(DN)水凝膠的概念，它是將兩種相互獨(dú)立的親水性聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，一種網(wǎng)絡(luò)為硬而脆的聚電解質(zhì)，另一種網(wǎng)絡(luò)為軟而韌的聚合物，第一種網(wǎng)絡(luò)高度交聯(lián)而第二種網(wǎng)絡(luò)只是輕度交聯(lián)時(shí)，可以通過松散交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)型變形和分子鏈物理纏結(jié)點(diǎn)的滑動(dòng)使局部應(yīng)力有效松弛，吸收裂紋能量，防止裂紋繼續(xù)增長(zhǎng)，從而提高凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，使凝膠硬而不脆、韌而不軟。很多研究者對(duì)N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、聚乙二醇等聚合物凝膠進(jìn)行了較多的研究。黃月文等人黃月文等.包埋在溫度及PH值敏感水凝膠中的阿司匹林的控制釋放研究。高分子材料科學(xué)與工程，1998，14(6) :144-147合成了兼具溫度及pH值敏感性的P(NIPAM-co-AA)水凝膠，并在此水凝膠中包埋抗結(jié)腸癌藥物阿司匹林。在pH = 7. 4的介質(zhì)中，37°C時(shí)阿司匹林在水凝膠膜中的釋放比25°C時(shí)快，而在37°C、pH =7.4的介質(zhì)中，阿司匹林的釋放比pH = 1. 0的快得多。Tae等人Tae，et al. Temperature modulated protein release from PH/temperature-sensitive hydrogels. Biomaterials[J], 1999, 20 :517-521以異丙烯酰胺(NIPAM)和N，N-二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺為單體共聚， 形成的水凝膠在PH值為7. 4下，溫度為37°C時(shí)發(fā)生相變，胰島素在其中的釋放發(fā)生明顯變化。Gong Jianping 等Gong Jianping. Double-Network hydrogel with extremely high mechanical strength. Adv. Mater.，2003，15 (14) : 1155-1158利用聚 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)作為硬網(wǎng)絡(luò)，聚丙烯酰胺(PAAM)作為軟網(wǎng)絡(luò)，合成的雙網(wǎng)絡(luò)(Double Net) 水凝膠，其壓縮強(qiáng)度最大可達(dá)到17. 2MPa。孫成棟孫成棟.苯乙烯/馬來(lái)酸酐共聚物智能水凝膠的制備與性能，功能高分子學(xué)報(bào)，2008，3 (21) :270-274利用馬來(lái)酸酐聚乙二醇單酯或馬來(lái)酸酐聚乙二醇雙酯的反應(yīng)活潑性，與其他活潑單體接枝或嵌段反應(yīng)作為其他反應(yīng)聚合物鏈的交聯(lián)劑，來(lái)制備得到凝膠。一般而言，聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)電響應(yīng)凝膠強(qiáng)度較低，在操作過程中很容易破碎；N-異丙烯酰胺(POTPAAM)、丙烯酰胺(AAm)凝膠強(qiáng)度較高且性能穩(wěn)定，具有一定的溶脹性能和凝膠強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)溫度或電場(chǎng)有響應(yīng)性，但響應(yīng)速率還不能滿足實(shí)用的要求。目前，對(duì)聚乙二醇馬來(lái)酸酐酯與N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺等親水性單體原位聚合形成的雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的研究未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供-制備方法。
-種具有PH、溫度、電場(chǎng)敏感的雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠及其
90%
所述雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的組分為
聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯和N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物 N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的均聚物10% 40%。 所述雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠具有PH、溫度、電場(chǎng)的敏感性。 所述雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法如下 1)將干燥后的2 20g分子量為200 2000的聚乙二來(lái)酸酐和5 20mL有機(jī)溶劑加入到反應(yīng)容器中，密封，抽真空，通氬氣(Ar)保護(hù)后，在65 75°C攪拌10 24h后，停止反應(yīng)，旋蒸，將反應(yīng)容器中的有機(jī)溶劑蒸干，得到聚乙二醇馬來(lái)
酸酐雙酯，其反應(yīng)路線如下


權(quán)利要求
1.一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠，其特征在于其組分為聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯和N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物60 % 90 % ；N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的均聚物10% 40%。
2.一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將干燥后的2 20g分子量為200 2000的聚乙二醇、1.86 3. 96g馬來(lái)酸酐和 5 20mL有機(jī)溶劑加入到反應(yīng)容器中，密封，抽真空，通氬氣保護(hù)后，在65 75°C攪拌10 24h后，停止反應(yīng)，旋蒸，將反應(yīng)容器中的有機(jī)溶劑蒸干，得到聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯；2)將聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯溶解在10 20mL二氯甲烷中，再在100 200mL正己烷或無(wú)水乙醚中沉淀，抽濾后得到中間產(chǎn)物A ；3)將0.24 2. Og中間產(chǎn)物A與0. 067 0. 114g水溶性引發(fā)劑、0. 0616 0. 132g交聯(lián)劑以及0. 083 0. 42g N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺加入3 4mL 二次蒸餾水中，混合攪拌均勻，在反應(yīng)容器中升溫至75 85°C反應(yīng)2 4h后得雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠；或?qū)?. 24 2. Og產(chǎn)物A與干燥提純后的0. 083 0. 28gN-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺單體混合，加入0. 026 0. 064g光引發(fā)劑，加入3 4mL 二次蒸餾水中，混合攪拌均勻，移至模具中，在500 1500W紫外光下輻射20 60min，即得到雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠。
3.如權(quán)利要求2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于在步驟1) 中，所述有機(jī)溶劑選自丙酮、甲苯、乙酸乙酯中的至少一種。
4.如權(quán)利要求2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3) 中，所述水溶性引發(fā)劑選自過硫酸鉀或過硫酸銨中的至少一種。
5.如權(quán)利要求2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3) 中，所述交聯(lián)劑選自N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯中的至少一種。
6.如權(quán)利要求2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3) 中，所述光引發(fā)劑選自2，2_ 二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2，2' - 二羥基_4，4' -二甲氧基二苯甲酮中的至少一種。
全文摘要
一種雙網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠及其制備方法，涉及一種生物醫(yī)學(xué)材料。其組分為聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯和N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物60％～90％；N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺的均聚物10％～40％。制備采用兩步法，首先利用聚乙二醇PEG與馬來(lái)酸酐酯化反應(yīng)，得端基為羧基的聚乙二醇馬來(lái)酸酐雙酯，再將其與N-異丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺等功能性單體原位聚合，化學(xué)交聯(lián)或UV光引發(fā)交聯(lián)后，其共聚物形成軟網(wǎng)絡(luò)微區(qū)，而功能性單體的均聚物形成硬網(wǎng)絡(luò)骨架，構(gòu)成DN網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠。該凝膠的親水性、生物相容性提高；機(jī)械強(qiáng)度較高，具有快速pH、溫度、電場(chǎng)敏感性能。合成方法簡(jiǎn)便，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)C08G65/48GK102226007SQ20111009227
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者戴李宗, 羅偉昂, 許一婷, 鄧胡軍, 郭一賓, 陳光劍 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)