專利名稱：光響應(yīng)的聚合物微球體系及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能高分子材料(響應(yīng)型高分子材料)領(lǐng)域，特別涉及一種在表面活性劑、生物醫(yī)藥領(lǐng)域，機(jī)密傳輸領(lǐng)域和商標(biāo)、鈔票防偽等方面具有潛在應(yīng)用價值的響應(yīng)型聚合物微球體系材料與其實(shí)施方法。
背景技術(shù)：
近年來，聚合物微球，尤其是由兩親性(疏水性和親水性)聚合物通過自組裝的方法形成的微球引起了人們極大的研究興趣。與低分子量表面活性劑所形成的微球相比，雙親性聚合物微球具有臨界微球濃度更低，熱力學(xué)更穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)(Supramol. ki.， 1996,3,157-163 ；Langmuir,2002,18,3780-3786 ；Biomacromoles,2005,6,1154-1158.)。 因此在生物工程、生物醫(yī)學(xué)(如藥物控制釋放)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景(Discher， D. Ε. ；Eisenberg, A. Science 2002,297,967 ；Haag, R. Angew Chem Int Ed 2004,43,278 ； Torchilin, V. P. Adv. Drug Deliv Rev 1995，16，295.)。通常來說，一個理想的藥物控制釋放過程包括以下三步第一步是將藥物穩(wěn)定的封裝在高分子微球當(dāng)中。這意味著當(dāng)藥物進(jìn)入人體內(nèi)后，微球要保護(hù)藥物在到達(dá)指定患處之前不至于過快的泄漏掉。第二步是微球能夠選擇性的到達(dá)患處。第三步是到達(dá)患處后，藥物從微球中釋放出來發(fā)揮療效。其中，第三步的藥物釋放方式既可以通過微球材料的降解緩慢進(jìn)行，也可以通過外界的刺激瓦解微球來進(jìn)行。近年來研究比較多的響應(yīng)性微球主要為對PH或溫度敏感的微球體系(Gillies， Ε. R. ；Frechet, J. Μ. J. Chem Commun 2003,1640 ；Bellomo, Ε. G. ；ffyrsta, Μ. D. ；Pakstis, L. ；Pochan, D. J. ；Deming, Τ. J. Nat Mater 2004, 3, 244 ；Chung, J. E. ；Yokoyama, Μ. ；Okano, Τ. J. Control Release 2000,65,93-103 ；Schilli, C. Μ. ；Zhang, Μ. ；Rizzardo, Ε. ；Thang, S. H. ；Chong, Y. K. ；Edwards, K. ；Karlsson, G. ；Muller, A. H. E. Macromolecules 2004, 37，7861.)。但，能對光產(chǎn)生響應(yīng)的聚合物微球體系卻相對很少。趙越等人率先開發(fā)研究了兩類光響應(yīng)的聚合物微球。在第一類中，趙越等人合成了一種叫做聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸與聚甲基丙烯酸酯偶氮苯的三元共聚物，當(dāng)在紫外光照射下，發(fā)色基團(tuán)偶氮苯由反式轉(zhuǎn)化為順式，這一改變導(dǎo)致了聚甲基丙烯酸酯偶氮苯的極性顯著的增加，這就使得疏水部分聚甲基丙烯酸酯偶氮苯不足以成為微球形成的驅(qū)動力，進(jìn)而導(dǎo)致微球的瓦解。當(dāng)在可見光照射下，偶氮苯由反式轉(zhuǎn)化為順式，膠束再次形成(Wang，G. ；Tong, X. ；Zhao, Y. Macromolecules 2004，37，8911-8917)。在另一類中，他們合成了一種聚氧化乙烯與聚 1-芘基甲基聚丙烯酸酯的共聚物。在紫外光照射下，聚1-芘基甲基聚丙烯酸酯部分的酯鍵斷裂，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)轸然?。這使得原本疏水部分聚1-芘基甲基聚丙烯酸酯轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水的聚甲基丙烯酸。從而使整個聚合物體系變得完全親水，進(jìn)而使得膠束瓦解(Jiang，J.Q. ；Tong, X. ； Zhao, Y. J.Am. Chem. Soc. 2005,127,8290-8291 ；Zhao, Y. The Chemical Record 2007， 7,286-294.)。但，第一類光響應(yīng)微球由于聚合物疏水部分的比例和性質(zhì)不容易精確控制， 所以微球在紫外光下的瓦解常常不夠徹底，響應(yīng)不夠有效。而第二類光響應(yīng)微球雖然響應(yīng)徹底，但其響應(yīng)行為不可逆，微球一旦瓦解就不能再重新生成，同時光照使疏水部分從主鏈上脫落需要破壞共價鍵，需要較高的能量和較長的時間，這無疑會限制光控微球應(yīng)用范圍， 增加其制備成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)光響應(yīng)聚合物微球的研究現(xiàn)狀和不足，本發(fā)明的目的是提供一種光響應(yīng)徹底并且微球形成與瓦解過程可逆的光響應(yīng)的聚合物微球體系。本發(fā)明的上述目的可通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的光響應(yīng)的聚合物微球體系，為含有以下三種組分的溶液環(huán)糊精、在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物、以及含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)(即同時含有親水和疏水鏈段的聚電解質(zhì))，其中環(huán)糊精的重量濃度為0. 1-40.0%, 偶氮類合成物的重量濃度為0. 1-20. 0 %，兩親性聚電解質(zhì)的重量濃度為0. 1-10. 0 %，體系在可見光照射環(huán)境下聚合物微球形成，在紫外光照射環(huán)境下體系中的聚合物微球瓦解。上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案環(huán)糊精的重量濃度為0. 5-10. 0%，偶氮類合成物的重量濃度為0. 5-5. 0%，同時含有親水和疏水鏈段的聚電解質(zhì)的重量濃度為0. 5-3. 0%。在上述技術(shù)方案中，所述的含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)可為陰離子兩親性聚電解質(zhì)、陽離子兩親性聚電解質(zhì)或兩性離子兩親性聚電解質(zhì)。兩親性聚電解質(zhì)最好選用其烷基疏水鏈側(cè)鏈碳原子個數(shù)為2-20的兩親性聚電解質(zhì)。兩親性聚電解質(zhì)具體可選自但不限于聚丙烯酸、海藻酸、殼聚糖、聚賴氨酸、明膠、羧甲基魔芋葡甘聚糖和羧甲基纖維素等。在上述技術(shù)方案中，所述的環(huán)糊精最好是由不少于6個的吡喃葡萄糖分子形成的環(huán)狀低聚糖及其衍生物。環(huán)糊精可進(jìn)一步具體自但不限于α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、Y-環(huán)糊精、羥丙基β -環(huán)糊精，以及相應(yīng)的環(huán)糊精二聚物、三聚物及多聚物等。在上述技術(shù)方案中，所述的在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物可以是含偶氮苯基團(tuán)的小分子或聚合物。作為偶氮苯衍生物的范圍十分廣泛，可選自但不限于偶氮苯、單羧基偶氮苯、二羧基偶氮苯、單羥基偶氮苯、二羥基偶氮苯、羥甲基偶氮苯等小分子及偶氮苯接枝聚丙烯酸，偶氮苯接枝聚氧化乙烯，偶氮苯接枝海藻酸鈉等聚合物。上述光響應(yīng)的聚合物微球體系的制備方法，主要包括以下步驟(1)將含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)溶于溶劑配制成設(shè)定重量濃度的溶液，然后充分?jǐn)嚢枋怪纬晌⑶颍?2)接步驟⑴按設(shè)定的環(huán)糊精重量濃度加入環(huán)糊精，攪拌使之溶解；(3)接步驟( 按設(shè)定的偶氮類合成物重量濃度加入偶氮類合成物，充分溶解即得到光響應(yīng)的聚合物微球體系。在上制備方法中，當(dāng)步驟(1)得到的微球溶液中存在未形成微球的殘留聚電解時，在加入環(huán)糊精之前，須對所得到的微球溶液進(jìn)行透析，除去未形成微球的殘留聚電解質(zhì)。在上制備方法中，當(dāng)步驟(1)得到的微球溶液其PH值與加入環(huán)糊精組分不相適應(yīng)時，在加入環(huán)糊精之前需要調(diào)整微球溶液的PH值，使其調(diào)至與加入的環(huán)糊精相適應(yīng)。上述光響應(yīng)的聚合物微球體系，其實(shí)施所用的紫外光及可見光，其功率范圍一般為1-3000W，紫外光的照射時間一般在3s-72h，可見光的照射時間一般在10s_72h。
本發(fā)明提供的光響應(yīng)的聚合物微球體系，是一個包含有環(huán)糊精、偶氮類分子，以及同時含有親水和疏水鏈段的聚電解質(zhì)的三元復(fù)合物體系。該體系是利用偶氮類合成物在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)，并與環(huán)糊精產(chǎn)生選擇性包合的特點(diǎn)，通過含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)、環(huán)糊精及偶氮類合成物三元體系之間的選擇性包合與自組裝制備和瓦解微球。在可見光照射的環(huán)境下，偶氮類合成物處于反式結(jié)構(gòu)，環(huán)糊精會優(yōu)先與其產(chǎn)生包合，體系中含疏水烷基側(cè)鏈的兩親性聚電解質(zhì)在水中自聚集形成聚合物微球。而在紫外光照射下，偶氮類合成物由反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為順勢結(jié)構(gòu)，原來的偶氮類合成物-環(huán)糊精包合物因此發(fā)生解包合，解包合后的環(huán)糊精與含疏水側(cè)鏈的兩親性聚電解質(zhì)中的烷基側(cè)鏈發(fā)生包合，導(dǎo)致疏水部分水溶性增加，于是聚合物微球瓦解。附圖1為本發(fā)明所述聚合物微球隨可見光與紫外光變化形成與瓦解的原理示意圖。本發(fā)明提供的光響應(yīng)聚合物微球體系，其微球的形成與瓦解通過分子識別和高分子自組裝的方法實(shí)現(xiàn)，具有制備條件溫和、微球的形成和瓦解可逆、并迅速可控和透光性改變顯著的特點(diǎn)，完全克服了現(xiàn)有技術(shù)的微球體系存在的，或在紫外光下瓦解不夠徹底，響應(yīng)不夠有效，或響應(yīng)行為不可逆，微球一旦瓦解就不能再重新生成，微球瓦解需要較高的能量和較長的時間等缺陷。本發(fā)明的光響應(yīng)聚合物微球體系能夠在藥物傳送、藥物緩釋等生物醫(yī)藥領(lǐng)域及商標(biāo)、鈔票甚至軍事、國防等防偽領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。


附圖1為本發(fā)明的聚合物微球隨可見光與紫外光變化形成與瓦解的原理示意圖附圖2為實(shí)施例1 (海藻酸鈉/十四烷基三甲基溴化銨/ α -環(huán)糊精/單羧基偶氮苯)聚合物微球的掃描顯微鏡照片。附圖3為實(shí)施例1 (海藻酸鈉/十四烷基三甲基溴化銨/ α -環(huán)糊精/單羧基偶氮苯)聚合物微球?qū)ψ贤?可見光的響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 在下述各實(shí)施例中，所述濃度除特別說明外均為重量濃度。實(shí)施例1將海藻酸鈉-十四烷基三甲基溴化銨復(fù)合物溶于MES溶液中(濃度為5 % )，攪拌 30分鐘可得聚合物形成微球。然后將液體的PH調(diào)至14，加入α-環(huán)糊精(濃度為5%)， 然后向體系中加入單羧基偶氮苯(濃度為1. 25% )，即可得到具有紫外-可見光響應(yīng)的聚電解質(zhì)微球。其聚合物微球的結(jié)構(gòu)與尺寸如附圖2中掃描顯微鏡照片所示。對紫外-可見光的響應(yīng)當(dāng)將所得微球體系置于500W的紫外燈下10分鐘后，體系透光率由65%上升至95%，說明體系中微球瓦解。當(dāng)再次置于500W的白熾燈下10分鐘后，體系透光率由95%下降至55%，說明微球再次生成。如附圖3所示，這種微球瓦解與形成的過程可隨紫外-可見光的變化可多次重復(fù)。實(shí)施例2將接枝十二烷基的聚丙烯酸(接枝率15% )溶于水配制成濃度為1.5%的水溶液，攪拌3小時使之形成微球。再加入羥丙基環(huán)糊精(濃度為1%)，攪拌使之溶解。然后向體系中加入二羧基偶氮苯(濃度為0. 125%),即可得到具有紫外-可見光響應(yīng)的聚電解質(zhì)微球。對紫外-可見光的響應(yīng)當(dāng)將所得微球體系置于200W的紫外燈下1小時分鐘后， 體系透光率由50%上升至90%，說明體系中微球瓦解。當(dāng)再次置于200W的白熾燈下1小時分鐘后，體系透光率由90%下降至60%，說明微球再次生成。這種微球瓦解與形成的過程可隨紫外-可見光的變化可多次重復(fù)。實(shí)施例3將接枝十四烷基的聚賴氨酸溶于水溶液中(海藻酸鈉濃度為0. 5% )，攪拌3小時使之形成微球。然后將上述液體的PH調(diào)至4，加入α-環(huán)糊精(濃度為3%)，攪拌使之溶解。然后向體系中加入單羥基偶氮苯(濃度為0.75%)，即可得到具有紫外-可見光響應(yīng)的聚電解質(zhì)微球。對紫外-可見光的響應(yīng)當(dāng)將所得微球體系置于600W的紫外燈下10分鐘后，體系透光率由40 %上升至79 %，說明體系中微球瓦解。當(dāng)再次置于200W的白熾燈下1小時分鐘后，體系透光率由79%下降至47%，說明微球再次生成。這種微球瓦解與形成的過程可隨紫外-可見光的變化可多次重復(fù)。實(shí)施例4先將聚二甲基二烯丙基氯化銨溶于MES溶液中(濃度為1.0%)，然后加入月桂酸 (濃度為0. 5% )，攪拌30分鐘，形成同時含有親水和疏水鏈段的聚電解質(zhì)體系。將所得溶液透析48h，除去殘留的部分月桂酸可得聚合物微球。將上述透析后的液體的pH調(diào)至14， 加入環(huán)糊精(濃度為5%)，攪拌使之溶解。然后向體系中加入單羥基偶氮苯(濃度為 1.0%),即可得到具有紫外-可見光響應(yīng)的聚電解質(zhì)微球。對紫外-可見光的響應(yīng)當(dāng)將所得微球體系置于500W的紫外燈下10分鐘后，體系透光率由50%上升至80%，說明體系中微球瓦解。當(dāng)再次置于300W的白熾燈下1小時后，體系透光率由80%下降至60%，說明微球再次生成。這種微球瓦解與形成的過程可隨紫外-可見光的變化可多次重復(fù)。實(shí)施例5先將聚合物A溶于MES溶液中(濃度為1.0%)，然后加入正癸酸(濃度為0.4%)， 攪拌30分鐘。將所得溶液透析48h，同時含有親水和疏水鏈段的聚電解質(zhì)。除去殘留的部分正癸酸可得聚合物微球。將上述透析后的液體的PH調(diào)至12，加入α-環(huán)糊精(濃度為 12%)，攪拌使之溶解。然后向體系中加入單羧基偶氮苯(濃度為5%)，即可得到具有紫外-可見光響應(yīng)的聚電解質(zhì)微球。對紫外-可見光的響應(yīng)當(dāng)將所得微球體系置于400W的紫外燈下50分鐘后，體系透光率由40%上升至83%，說明體系中微球瓦解。當(dāng)再次置于200W的白熾燈下1小時后，體系透光率由83%下降至50%，說明微球再次生成。這種微球瓦解與形成的過程可隨紫外-可見光的變化可多次重復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于為含有以下三種組分的溶液環(huán)糊精、在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物、以及含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)，其中環(huán)糊精的重量濃度為0. 1-40.0%，偶氮類合成物的重量濃度為 0. 1-20. 0 %，兩親性聚電解質(zhì)的重量濃度為0. 1-10. 0 %，體系在可見光照射環(huán)境下聚合物微球形成，在紫外光照射環(huán)境下體系中的聚合物微球瓦解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于環(huán)糊精的重量濃度為0. 5-10. 0%，偶氮類合成物的重量濃度為0. 5-5. 0%，兩親性聚電解質(zhì)的重量濃度為 0. 5-3. 0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于所述的兩親性聚電解質(zhì)為陰離子兩親性聚電解質(zhì)、陽離子兩親性聚電解質(zhì)或兩性離子兩親性聚電解質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于所述的兩親性聚電解質(zhì)的烷基疏水鏈為側(cè)鏈碳原子個數(shù)2-20的烷基疏水鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于所述的環(huán)糊精為由不少于6個的吡喃葡萄糖分子形成的環(huán)狀低聚糖及其衍生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于所述的可以在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物為含偶氮苯基團(tuán)的小分子或聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系，其特征在于所述的可以在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物為含偶氮苯基團(tuán)的小分子或聚合物。
8.權(quán)利要求1至7之一所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系制備方法，其特征在于主要包括以下步驟(1)將含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)溶于溶劑配制成設(shè)定重量濃度的溶液，然后充分?jǐn)嚢枋怪纬晌⑶颍?2)接步驟(1)按設(shè)定的環(huán)糊精重量濃度加入環(huán)糊精，攪拌使之溶解；(3)接步驟( 按設(shè)定的偶氮類化合物重量濃度加入偶氮類合成物，充分溶解即得到光響應(yīng)的聚合物微球體系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系制備方法，其特征在于對步驟(1) 得到的微球溶液進(jìn)行透析，除去未形成微球的殘留聚電解質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光響應(yīng)的聚合物微球體系制備方法，其特征在于在加入偶氮類化合物組分之前，將微球溶液的PH值調(diào)至與加入的偶氮類化合物相適應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光響應(yīng)的聚合物微球體系及其制備方法，其體系為含有環(huán)糊精、在紫外光與可見光分別照射下產(chǎn)生順反異構(gòu)的偶氮類合成物、以及含疏水烷基鏈的兩親性聚電解質(zhì)的溶液，體系在可見光照射環(huán)境下形成聚合物微球，在紫外光照射環(huán)境下體系中的聚合物微球瓦解。其制備是先將兩親性聚電解質(zhì)的溶于溶劑，充分?jǐn)嚢栉⑶蛉芤海缓蠹尤氕h(huán)糊精攪拌使之溶解，最后加入偶氮類合成物，溶解后即制得光響應(yīng)的聚合物微球體系。發(fā)明提供的光響應(yīng)聚合物微球體系，具有制備條件溫和、微球的形成和瓦解可逆、并迅速可控的特點(diǎn)，在藥物傳送、藥物緩釋等生物醫(yī)藥領(lǐng)域及商標(biāo)、鈔票甚至軍事、國防等防偽領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C08J3/28GK102443199SQ20111028353
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者張晟, 李幫經(jīng), 董振強(qiáng) 申請人:四川大學(xué)