一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法与流程

本发明属于响应性及多孔聚合物材料技术领域，涉及一种快速水相合成多功能环糊精聚合微球的方法，具体涉及一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，以及这种方法在合成具有碱性响应的纳米药物载体领域，与合成喹诺酮类抗生素快速吸附材料领域中的应用。

背景技术：

环糊精(cd)是一种廉价、天然且包含空腔结构的低聚大分子，能够捕获具有适当尺寸、形状和疏水性的有机分子，形成明确的主客体复合物。此外，基于环糊精的不溶性聚合物在吸附去除各种微污染物、膜分离和作为载体材料等领域中均已得到广泛研究。到目前为止，已报道环糊精聚合物制备方法包括利用环氧氯丙烷(epi)、四氟对苯二甲腈(tfn)和tfn衍生交联剂制备，但这种方法需在有机相(thf和dmf)中合成的，反应时间长(48小时甚至数天)，并且需在n2保护气氛中严格控制的条件下进行合成。此外，报道的cd基聚合物具有不规则的形貌且尺寸较大，这将影响其有效分散和进一步吸附客体分子的能力及其作为催化剂载体的性能。

中国专利cn03111583.7公开了一种吸附胆红素的环糊精交联聚合物微球及其制备和应用，通过以二异氰酸酯为交联剂，与环糊精单体缩合制备得到环糊精交联聚合物微球，但该方法需以二甲亚砜为溶剂，非绿色友好，而且反应时间较长(1-6h)，所得聚合微球形貌呈颗粒状，分散性较差。中国专利cn201310334300.9公开了一种用于水体净化的环糊精-石墨烯微球制备方法，通过以甲苯-2,4-二异氰酸酯为交联剂，制备得到环糊精-石墨烯聚合物微球，但该方法还需在制备过程中引入二甲亚砜、二甲基硅油、丙酮、正己烷等大量非绿色友好有机溶剂，过程复杂，且所得微球为微米级别，尺寸较大，吸附性能较差，并无法实现对特定污染物的选择性吸附功能。中国专利cn201910650657.5公开了一种载氧化高银的环糊精聚合微球及其制备方法，通过以环氧氯丙烷为交联剂，以β-环糊精为单体，掺杂氧化高银纳米颗粒，煤油油相中合成包覆氧化高银的环糊精聚合微球，但聚合过程中需加入强碱、强氧化剂等危险试剂，并需要n2保护等严苛的合成条件要求，且具有反应过程复杂、反应时间长等缺点，不利于实现工业化生产。

因此，开发一种简单、快速、绿色的合成方法制备形貌规则的环糊精聚合微球具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，用于解决现有环糊精聚合微球制备方法繁琐、制备工艺条件苛刻的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

s1，采用高碘酸钠对β-环糊精进行部分氧化改性，得到具有双醛结构的醛基环糊精；

s2，将醛基环糊精溶解于去离子水中，配制得到水溶液并加热至60-80℃；

s3，加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶并搅拌反应，再经过洗涤、干燥后即得到所述的环糊精聚合微球。

进一步地，步骤s1中，所述的β-环糊精与高碘酸钠的摩尔比为1:(1-4)。

进一步地，步骤s3中，所述的交联剂与醛基环糊精的质量比为(2.85-8.55):10；

搅拌反应前，调节反应体系ph至7-9；搅拌反应过程中，搅拌时间为5-30min。

其中，通过调节反应体系ph值，使得所制备环糊精聚合微球尺寸在50-510nm之间可调。

一种可负载活性药物的多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

a1，采用高碘酸钠预氧化β-环糊精，得到醛基环糊精；

a2，将醛基环糊精配制成水溶液并加热；

a3，加入待负载的活性药物；

a4，加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶并搅拌反应，再经过后处理即得到负载有活性药物的环糊精聚合微球。

进一步地，步骤a3中，所述的活性药物包括诺氟沙星；所述的活性药物与醛基环糊精的质量比为(3-7.5):100；

步骤a4中，所述的搅拌反应时间为5-15h，所述的后处理依次包括透析、洗涤、干燥。

进一步地，所述的负载有活性药物的环糊精聚合微球具有碱性响应功能，并可用于肠道药物递送系统。

一种改性环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

b1，采用高碘酸钠预氧化β-环糊精，得到醛基环糊精；

b2，将醛基环糊精配制成水溶液并加热；

b3，加入改性剂；

b4，加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶并搅拌反应，再经过后处理即得到所述的改性环糊精聚合微球。

进一步地，所述的改性剂包括3-氨基苯硼酸，所述的改性剂与醛基环糊精的质量比为(1.21-3.64):10。

进一步地，步骤b4中，所述的后处理依次包括洗涤、干燥、热处理；

所述的热处理包括在惰性气体氛围中于100-200℃下加热10-15h。

进一步地，所述的改性环糊精聚合微球具有丰富的孔结构与硼活性位点，可用于选择性吸附氟喹诺酮类抗生素，所述的氟喹诺酮类抗生素包括依诺沙星、氟罗沙星、氧氟沙星、环丙沙星、诺氟沙星中的至少一种。

本发明利用高碘酸钠对水溶性差及反应活性差的β-环糊精进行选择性氧化得到具有高反应性的醛基环糊精，再以含有多个反应基团的4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶作为交联剂，在水相体系中通过醛基-氨基缩合反应结合氢键作用，快速合成形貌规则且尺寸均一的β-环糊精聚合物纳米球，其反应过程如图1所示。所得环糊精聚合物纳米球具有碱性响应分解特性，可用于碱性响应性药物载体。同时，为提高环糊精聚合微球的选择性吸附性能，本发明还采用氨基苯硼酸进行修饰并结合热处理，得到硼修饰的多孔环糊精微球，实验表明该多孔环糊精微球可用作氟喹诺酮类抗生素的高效吸附材料，具有较为广阔的应用前景。

与以上现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)制备方法简单，合成反应温和：在60-80℃下即可进行合成反应；反应环境为水相环境，绿色安全且环境友好；

2)反应快速：相较于常规合成方法中需要48h甚至一周的反应时间，本发明仅需5min即可完成交联反应；

3)产物形貌尺寸规整均一：傅里叶红外光谱仪(ftir)、热重分析(tga)、x射线衍射分析仪(xrd)等表征手段说明，本发明中由醛基环糊精与交联剂无规聚合制备的环糊精聚合物微球及硼修饰多孔环糊精微球，具有交联密度大、结构稳定、形貌规则、尺寸均一等优点，并在水相体系中具有良好的分散特性；

4)本发明制备得到的环糊精聚合微球在酸性及中性条件下结构稳定，而在ph>7.4条件下，环糊精聚合微球会发生快速解聚，具有优异的碱性响应特性，可用作肠道口服药物的纳米药物载体；

5)本发明制备得到的环糊精聚合微球具有多功能化潜力，如以硼修饰的多孔环糊精聚合物具有丰富的孔结构和硼活性位点，可作为含氟有机物例如氟喹诺酮类抗生素的选择性快速吸附材料，在废弃药物处理领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明中环糊精聚合物微球的反应机理图；

图2为实施例1中环糊精聚合微球的sem图(左)和tem图(右)；

图3为实施例1中环糊精聚合微球的傅里叶转换红外光谱图；

图4为实施例1中环糊精聚合微球的热重曲线图；

图5为实施例2中不同ph条件下所制备的环糊精聚合微球的tem图；

图6为实施例3中负载诺氟沙星的环糊精聚合微球在不同ph条件下药物释放曲线；

图7为实施例4中硼酸修饰的多孔环糊精聚合微球的sem图(左)和tem图(右)；

图8为实施例4中硼酸修饰的多孔环糊精聚合微球对各类喹诺酮类抗生素的吸附曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

1)制备醛基环糊精：将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入不同质量的高碘酸钠(6-18g)，在40℃下常速搅拌并避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到具有双醛结构的不同醛基含量的醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥后，得到不同改性比例的醛基环糊精冻干粉；

3)取醛基环糊精冻干粉溶解于去离子水中，配制得到水溶液并水浴加热至60-80℃；

4)加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶，其与醛基环糊精的摩尔比为1:(2-6)，调节ph至7-9并恒温搅拌反应5-30min，再经过洗涤、干燥后即得到粒径为50-510nm的环糊精聚合微球。

一种负载活性药物的多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

1)制备醛基环糊精：将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入不同质量的高碘酸钠(6-18g)，在40℃下常速搅拌并避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到具有双醛结构的不同醛基含量的醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥后，得到不同改性比例的醛基环糊精冻干粉；

3)取0.34g醛基环糊精冻干粉溶解于去离子水中，配制得到水溶液并水浴加热至60-80℃；

4)加入10-25mg待负载的活性药物，例如诺氟沙星等；

5)加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶，其与醛基环糊精的摩尔比为1:(2-6)，调节ph至7-9并恒温搅拌反应5-15h，再经过透析、洗涤、干燥后即得到负载活性药物的环糊精聚合微球。

该负载有活性药物的环糊精聚合微球具有碱性响应功能，可用于肠道药物递送系统。

一种硼改性多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

1)制备醛基环糊精：将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入不同质量的高碘酸钠(6-18g)，在40℃下常速搅拌并避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到具有双醛结构的不同醛基含量的醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥后，得到不同改性比例的醛基环糊精冻干粉；

3)取0.34g醛基环糊精冻干粉溶解于去离子水中，配制得到水溶液并水浴加热至60-80℃；

4)加入改性剂3-氨基苯硼酸，其与醛基环糊精的摩尔比为1:(1-3)；

5)加入交联剂4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶并搅拌反应5-30min，经过洗涤、干燥后，再在惰性气体氛围中于100-200℃下加热10-15h，即得到硼改性环糊精聚合微球。

所得改性环糊精聚合微球具有丰富的孔结构与硼活性位点，可用于选择性吸附依诺沙星、氟罗沙星、氧氟沙星、环丙沙星、诺氟沙星等氟喹诺酮类抗生素。

以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。

实施例1：

一种多功能环糊精聚合微球的快速水相合成方法，包括以下步骤：

1)将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入12g高碘酸钠，并在40℃下避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥，得到醛基环糊精冻干粉；

3)取0.34g醛基环糊精冻干粉溶解于20ml去离子水中，并水浴加热至60℃；

4)加入0.17g4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶，此时体系的ph约为7.0，之后持续加热并搅拌反应5min；

5)产物经洗涤、真空干燥后，即得到环糊精聚合物微球。

如图2所示为所制备环糊精聚合物微球的sem图及tem图，从图中可以看出，所制备的环糊精聚合微球呈形貌规则的球形结构，尺寸为270nm左右。

如图3、图4所示分别为环糊精聚合物微球的傅里叶转换红外光谱图、热重曲线图，从图中可以看出环糊精与交联剂为无规聚合，且交联密度大，结构稳定。

实施例2：

本实施例的步骤4)中，在加入4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶后，分别调节ph至7.0、7.5、8.0、8.5，再进行加热反应，其余同实施例1。所得环糊精聚合物微球的sem图及tem图如图5所示

实施例3：

一种负载活性药物的环糊精聚合微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入12g高碘酸钠，并在40℃下避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥，得到醛基环糊精冻干粉；

3)取0.34g醛基环糊精冻干粉溶解于20ml去离子水中，并水浴加热至60℃；

4)加入15mg诺氟沙星作为活性药物，进行负载实验；

5)加入0.17g4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶，此时体系ph约为6.5，再持续加热并搅拌反应10h；

6)产物经透析去除表面未被负载的诺氟沙星，再经过洗涤、真空干燥后，即得到负载活性药物诺氟沙星的环糊精聚合物微球。

将上述负载药物的环糊精聚合物微球置于不同ph的pbs缓冲体系中，每隔一段时间取样并采用高效液相色谱测定其中释放药物的浓度，结果如图6所示。从图中可以看出，在酸性和中性条件下，药物释放在10％以内，在微碱性(ph7.6和7.8)可实现快速响应性释放。

实施例4：

一种可用作氟喹诺酮类抗生素快速吸附材料的环糊精聚合微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将30gβ-环糊精溶解分散于200ml去离子水中，再加入6g高碘酸钠，并在40℃下避光反应4h，之后用220nm滤膜过滤，滤出液用800ml过量无水乙醇沉淀析出，得到醛基环糊精；

2)采用乙醇/水(v/v＝80/20)混合溶剂对醛基环糊精进行洗涤，再经过冷冻干燥，得到醛基环糊精冻干粉；

3)取0.34g醛基环糊精冻干粉溶解于20ml去离子水中，并水浴加热至60℃；

4)加入0.051g3-氨基苯硼酸作为硼酸改性剂，恒温搅拌反应30min；

5)加入0.17g4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶，此时体系ph约为6.5，恒温搅拌反应5min；

6)产物经洗涤、真空干燥后，在氮气氛围中于150℃下热处理10h，得到硼修饰的环糊精聚合微球。

如图7所示为上述硼修饰的环糊精聚合微球的sem图及tem图，从图中可以看出，所制备的环糊精聚合微球具有明显的多孔结构。

将硼修饰的环糊精聚合微球用于吸附依诺沙星(eno)、氟罗沙星(fle)、氧氟沙星(ofl)、环丙沙星(cip)、诺氟沙星(nor)等氟喹诺酮类抗生素的吸附实验，具体为将硼修饰的环糊精聚合微球置于氟喹诺酮类抗生素的溶液中，室温条件下搅拌，每隔一段时间取样并采用高效液相色谱测试体系中抗生素的浓度，所得吸附曲线如图8所示，从图中可以看出，本硼修饰的环糊精聚合微球可实现对喹诺酮类抗生素的快速吸附。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。