专利名称：一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米纤维膜的制备领域，特别涉及一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法。
背景技术：
静电纺丝法是一种制备超细纤维的重要方法，它与传统的方法有着明显的不同，通过静电力作为牵引力，将聚合物溶液或熔体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场カ的作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张カ形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最終落在接收装置上，形成了类似无纺布状的纤维毡。用静电纺丝法制得的纤维比传统纺丝方法细得多，直径一般在数十纳米到数百纳米，最小直径可至lnm。静电纺丝方法可以把多种不同的聚合物，例如聚酯、聚氨酷、聚こ烯、聚丙烯、聚こ烯醇、聚苯胺、聚丙烯腈等纺制成直径范围从小于几个纳米到超过I U m的超细 纤维，所得到的静电纺丝纤维收集在负极板上沉积成非织造布。生物医用高分子与物理学、生物学结合在一起发展出一类全新的智能材料，也是生物医用材料领域中极为重要的组成部分。智能材料是指能够对周围环境的变化作出相应响应的新材料，在现代医学治疗中具有极大的应用前景。智能材料的分类方法有很多种。根据材料的来源，智能材料包括金属系智能材料、无机非金属系智能材料以及高分子系智能材料。智能高分子材料是其中的ー类，所谓智能高分子就是当受到外界环境的物理、化学乃至生物信号变化刺激吋，自身的某些物理或者化学性质会发生相应变化的聚合物，也常被称为“刺激响应性聚合物”或“环境敏感性聚合物”等。在各类刺激响应型聚合物中，温度响应型聚合物由于其实现条件简单而倍受青睐。其中研究最广泛的具有温度敏感性的聚合物是聚(N-异丙基丙烯酰胺)，它在水溶液中大约32° C具有ー个可逆的相转变温度，称之为较低临界溶解温度(LCST)。当外界温度低于其LCST时，聚(N-异丙基丙烯酰胺)是水溶性的，表现为伸展的链构象；而当外界温度升高到其LCST以上时，聚(N-异丙基丙烯酰胺)的链发生收缩，经历相转变成为不溶的、疏水性的聚集体，聚(N-异丙基丙烯酰胺)的这种特殊的热敏感性已经被应用于药物的控制释放、固定化酶和免疫分析等多方面。首先合成一种双亲水温敏含糖聚合物，然后利用静电纺丝技术制备了ー种新型双亲水温度响应性纳米纤维膜，该项研究在目前的研究文献以及专利尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，该方法简单易行，易于エ业化，所得双亲水温敏聚合物可以应用于药物控制释放、基因传输、生物分离和蛋白质提纯等领域。本发明的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，包括(I)可聚合的葡萄糖ニ酸ニこ烯酯的合成
将脂肪族ニ酸与醋酸こ烯酯混合，加入催化剂，于60 75°C反应得到脂肪族ニ酸ニこ烯酯；在有机溶剂中，使用枯草杆菌碱性蛋白酶(无锡雪梅科技有限公司)催化葡萄糖分子与上述脂肪族ニ酸ニこ烯酯进行酯交换反应，从而合成可聚合的含糖亲水单体；(2)含有葡萄糖和N-异丙基丙烯酰胺的双亲水无规共聚物的合成将步骤(I)所得的可聚合含糖亲水单体、N-异丙基丙烯酰胺単体和引发剂溶解于有机溶剂中，氮气保护下，于50-80°C聚合反应得到聚合物，然后通过选择沉淀剂与可溶解得到的聚合物的共溶剤，反复沉淀，直到未反应单体全部洗出，得到沉淀物，最后将得到的沉淀物真空干燥，得到全亲水无规共聚物；(3)将上述双亲水无规共聚物加入到有机溶剂中，搅拌溶胀，超声脱气10-30分钟，得到纺丝原液；采用上述的纺丝原液进行高压静电纺丝，真空干燥后得到双亲水纳米纤维膜。
步骤(I)中所述的催化剂为硫酸铜或醋酸汞。步骤(I)中所述的有机溶剂为吡啶、N，N_ ニ甲基甲酰胺或ニ甲亚砜。步骤(I)中所述的脂肪族ニ酸ニこ烯酯为丁ニ酸ニこ烯酯、己ニ酸ニこ烯酯、壬ニ
酸ニこ烯酯、癸ニ酸ニこ烯酯中的ー种。步骤(2)中所述的N-异丙基丙烯酰胺与可聚合含糖亲水单体的摩尔比为3:1 20:1。步骤(2)中所述的引发剂为偶氮ニ异丁腈AIBN，其用量与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为 1:1-1:100。步骤(2)中所述的沉淀剂为こ醚、正己烷、ニ氧六环、丙酮、こ酸こ酯中的一种或几种。步骤(2)中所述的共溶剂为N，N_甲基甲酰胺、ニ甲亚砜、甲醇、丙酮、こニ醇中的ー种或几种。步骤(2)中所述的全亲水无规共聚物的较低临界溶解温度范围在34 45°C。步骤(3)中所述的高压静电纺丝的具体エ艺參数为采用削平的注射针头作为喷射细流的毛细管，流速I. 0^3. OmL h—1，接受板离喷丝ロ距离为l(T30cm，电压l(T30kV，环境温度15 40°C，环境湿度50 75%。步骤(3)中所述的高压静电纺丝中溶液储存器为5mL注射器，注射针头为6号或9号。步骤(3)中得到的双亲水纳米纤维膜中纤维的直径为20(Tl000nm。本发明的一种双亲水温度响应性高分子材料的制备方法，首先通过将酶催化选择性酯交换反应与自由基共聚反应相结合，两步便利合成共价键合有糖酯和温敏材料N-异丙基丙烯酰胺的双亲水无规共聚物。该材料可以应用于药物控制释放、蛋白质分离提纯、基因传输等相关领域。有益效果(I)所用聚合单体糖类来源丰富，价格低廉，成本较低；(2)本发明本方法合成路线简洁，不需要保护基团以及去保护的步骤，反应条件温和，毒性低，易于エ业化，进ー步降低了成本；(3)本发明的制备方法操作简单，耗时较少，原材料廉价易得，可获得直径和孔径在纳米级的膜材料，适用于规模化生产。
图I为本发明扫描电镜图；图2为本发明核磁共振碳谱；图3为本发明不同投料浓度比例下扫描电镜图。
图4为本发明的双亲水温敏纳米纤维的扫描电镜图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进ー步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I(I)己ニ酸ニこ烯酯的合成将己ニ酸28g与醋酸こ烯酯150mL混合，加入催化剂硫酸铜0. 4g，于70°C反应得到己ニ酸ニこ烯酯32g，收率81% ；(2)可聚合葡萄糖己ニ酸ニこ烯酯的酶促合成将13. 14g己ニ酸ニこ烯酯(0. 066mol)、3. 96g葡萄糖、I. Og枯草杆菌蛋白酶和IOOmL无水吡啶加入250mL锥形瓶中，放入50°C恒温振荡培养箱中反应4d，转速为210rpm。反应过程用薄层层析(TLC)定性监测，展开剂为こ酸こ酷/甲醇/水(体积比为17:3:1)，用12显色。反应结束后，过滤除去枯草杆菌蛋白酶并减压蒸馏除去大部分吡啶，粗产物用柱层析法提纯，洗脱剂为纯こ酸こ酷，展开剂为こ酸こ酷/甲醇/水(体积比为17:3:1)，用12显色。最后经旋转蒸发除去洗脱剂得到白色固体产物。实施例2在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入3. 96g N-异丙基丙烯酰胺、2. 34g葡萄糖己ニ酸ニこ烯酯和0. 126g AIBN，完全溶解于5mL DMF中，密封，反复抽真空通氮气多次后，将反应体系置于60°C在氮气保护下搅拌反应24h，之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量こ醚中，后将こ醚倾出，将白色固体沉淀物再次溶解于微量こ醇中，反复沉淀、溶解，直到未反应单体全部洗出，置于真空干燥箱中于37°C干燥24h得到白色固体粉末。将上述双亲水无规共聚物加入到こ醇中，搅拌溶解，超声脱气15分钟，配制纺丝原液，用5ml针头内径0. 5mm注射器抽取纺丝液，固定于静电纺丝装置上,控制喷出流速I. 0ml/h,静电压15kv，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为15cm，采用正交方法调节不同纺丝參数进行电纺，得不同直径大小的得到双亲水温敏纳米纤维膜。实施例3在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入7. 92g N-异丙基丙烯酰胺、2. 34g葡萄糖己ニ酸ニこ烯酯和0. 206g AIBN，完全溶解于IOmL DMF中，密封，反复抽真空通氮气多次后，将反应体系置于65°C在氮气保护下搅拌反应20h，之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量こ醚中，后将こ醚倾出，将白色固体沉淀物再次溶解于微量こ醇中，反复沉淀、溶解，直到未反应单体全部洗出，置于真空干燥箱中于37°C干燥24h得到白色固体粉末。将上述双亲水无规共聚物加入到こ醇中，搅拌溶解，超声脱气20分钟，配制纺丝原液，用5ml针头内径0. 5mm注射器抽取纺丝液，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速
1.0ml/h，静电压15kv，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为20cm，采用正交方法调节不同纺丝參数进行电纺，得不同直径大小的得到双亲水温敏纳米纤维膜。实施例4在装有磁力搅拌转子、转接头的烧瓶中加入11. 88g N-异丙基丙烯酰胺、2. 34g葡萄糖己ニ酸ニこ烯酯和0. 284g AIBN，完全溶解于15mL DMF中，密封，反复抽真空通氮气多次后，将反应体系置于70°C在氮气保护下搅拌反应24h，之后将反应所得粘稠无色透明聚合物溶液沉淀于大量こ醚中，后将こ醚倾出，将白色固体沉淀物再次溶解于微量こ醇中， 反复沉淀、溶解，直到未反应单体全部洗出，置于真空干燥箱中于37°C干燥24h得到白色固体粉末。将上述双亲水无规共聚物加入到こ醇中，搅拌溶解，超声脱气30分钟，配制纺丝原液，用5ml针头内径0. 5mm注射器抽取纺丝液，固定于静电纺丝装置上，控制喷出流速
2.Oml/h，静电压25kv，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为25cm，采用正交方法调节不同纺丝參数进行电纺，得不同直径大小的得到双亲水温敏纳米纤维膜。
权利要求
1.一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，包括 (1)将脂肪族二酸与醋酸乙烯酯混合，加入催化剂，于60 75°C反应得到脂肪族二酸二乙烯酯；在有机溶剂中，使用枯草杆菌碱性蛋白酶催化葡萄糖分子与上述脂肪族二酸二乙烯酯进行酯交换反应，从而合成可聚合的含糖亲水单体； (2)将上述可聚合含糖亲水单体、N-异丙基丙烯酰胺单体和引发剂溶解于有机溶剂中，氮气保护下，于50-80°C聚合反应得到聚合物，然后通过选择沉淀剂与可溶解得到的聚合物的共溶剂，反复沉淀，直到未反应单体全部洗出，得到沉淀物，最后将得到的沉淀物真空干燥，得到全亲水无规共聚物； (3)将上述双亲水无规共聚物加入到有机溶剂中，搅拌溶胀，超声脱气10-30分钟，得到纺丝原液；采用上述的纺丝原液进行高压静电纺丝，真空干燥后得到双亲水纳米纤维膜。
2.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的有机溶剂为吡唆、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。
3.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的脂肪族二酸二乙烯酯为丁二酸二乙烯酯、己二酸二乙烯酯、壬二酸二乙烯酯、癸二酸二乙烯酯中的一种；所述的催化剂为硫酸铜或醋酸汞。
4.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的N-异丙基丙烯酰胺与可聚合含糖亲水单体的摩尔比为3:1 20:1。
5.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈AIBN，其用量与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1:1-1:100。
6.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的沉淀剂为乙醚、正己烷、二氧六环、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种；所述的共溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲醇、丙酮、乙二醇中的一种或几种。
7.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的全亲水无规共聚物的较低临界溶解温度范围在34 45°C。
8.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的高压静电纺丝的具体工艺参数为采用削平的注射针头作为喷射细流的毛细管，流速1.0 3. OmL h—1，接受板离喷丝口距离为l(T30cm，电压l(T30kV，环境温度15 40°C，环境湿度50 75%。
9.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的高压静电纺丝中溶液储存器为5mL注射器，注射针头为6号或9号。
10.根据权利要求I所述的一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中得到的双亲水纳米纤维膜中纤维的直径为20(Tl000nm。
全文摘要
本发明涉及一种双亲水温敏纳米纤维膜的制备方法，包括(1)合成可聚合的含糖亲水单体；(2)将上述可聚合含糖亲水单体、N-异丙基丙烯酰胺单体和引发剂溶解于有机溶剂中，氮气保护下聚合反应得到聚合物，然后通过选择沉淀剂与可溶解得到的聚合物的共溶剂，反复沉淀，将得到的沉淀物真空干燥，得到全亲水无规共聚物；(3)将上述双亲水无规共聚物加入到有机溶剂中，搅拌溶胀，超声脱气得到纺丝原液；采用上述的纺丝原液进行高压静电纺丝，真空干燥后即得。本发明方法简单，反应条件温和，操作简便易行，易于工业化；所得双亲水温敏纳米纤维膜可应用于药物靶向输送，基因传输，生物分离和透皮或注射给药系统用于人体等领域。
文档编号D01D5/00GK102758268SQ201210147898
公开日2012年10月31日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者娄少峰, 张培培, 张婳, 朱利民, 权静, 田利强 申请人:东华大学