专利名称：含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物及其水凝胶和制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物及其水凝胶和制法。
背景技术：
水凝胶是一种能大量吸水溶胀的三维聚合物网络结构，一般由亲水性的均聚物或共聚物交联而成，由于物理或化学交联点的存在，所以水凝胶不溶于水。在过去的三十多年中，关于环境敏感和生理敏感水凝胶的研究大量涌现，此类凝胶引起了研究者的广泛关注。环境敏感水凝胶可以对外界环境的微小变化如温度、pH等产生应答，凝胶的性质发生巨大转变，出现相转变，宏观上表现为体积收缩或溶胀。众多学者已将这种独特的性质用于设计各种各样的生物医用装置，如药物释放系统、传感器、人工肌肉、酶的固定化载体、基因传输系统等。
在众多的环境敏感水凝胶中，温度敏感水凝胶是最令人关注的一类。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)水凝胶是一种典型的温度敏感水凝胶，其在32℃～34℃之间有一个相转变温度，称为较低临界溶解温度(Lower Critical Solution Temperature，LCST)。当外界温度低于LCST时，PNIPA水凝胶吸水溶胀，此时水凝胶为无色透明；而当外界温度高于LCST时，水凝胶剧烈收缩失水，发生相分离。
人们利用敏感型智能材料来设计各种各样的药物传输系统，通过调节外界的环境参数来控制药物的释放动力学，而温度敏感水凝胶可能是应用的最为广泛的一类环境敏感材料。由于温度敏感水凝胶可以对外界环境的温度变化产生应答，发生收缩或溶胀，产生“开-关”效应，根据这种特点，研究者设计了不同的释放装置。温度敏感水凝胶用于设计蛋白药物的释放体系时，有以下优点1.保护药物免受外界恶劣环境，如酶解、低pH的破坏；2.控制人体对药物的反应；3.通过控制外界环境调节凝胶的结构，进一步做到“按需释放”。Peppas等用EGDMA为交联剂，合成了NIPA和甲基丙烯酸(MAAc)的共聚凝胶，用于肝素在血栓位置的刺激释放，研究者也实现了溶栓酶的脉冲释放。Kim等最近报道了P(NIPA-co-BMA-co-AAc)三聚物凝胶释放人降血钙素用于治疗骨质疏松症和血钙过多。Park研究了温度/pH敏感水凝胶对胰岛素的释放，发现药物释放曲线和凝胶孔径有关。
水凝胶用于释放活性大分子药物时，同样也存在着一些问题，如负载药物时，若将单体和蛋白药物混合后引发反应，反应过程中产生的高能物质如自由基等会使蛋白变性，并且药物分子很难从凝胶内部完全释放出来；若将合成好的凝胶放入药液中浸泡吸收，由于尺寸排除效应的影响，使得载药率非常低。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物及其水凝胶和制法，该方法条件温和，所得水凝胶可以很好地负载生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的固定化载体或药物释放载体。
本发明提供的技术方案是含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物，由下法制得按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-异丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作为单体，并按1g∶1-10ml的比例将单体溶于1，4-二氧六环，以过氧化苯甲酰为引发剂在65-90℃引发聚合反应2-24小时，得到含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物。
上述单体与引发剂的用量重量比为100∶0.2-5。
温度敏感水凝胶，由下法制得将上述含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物溶于水制得浓度为5-60wt％的溶液，然后加入磷酸盐/柠檬酸盐的混合溶液至溶液的pH值3-12，水解交联反应12-72小时，得到温度敏感水凝胶。
本发明聚合物合成简单；凝胶合成条件温和(pH值接近中性)，合成凝胶产生的小分子醇的数量少，不会破坏生物分子的活性；凝胶的溶胀性能可以通过控制制备条件调控；所得凝胶具有刺激响应性能。本发明所得水凝胶可以很好地负载生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的负载、固定化载体或药物控制释放载体。
图1是本发明所得聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的HNMR谱图；图2是本发明中所合成凝胶的溶胀率对温度的关系曲线，说明凝胶的温度敏感性；图3是活性蛋白从凝胶释放动力学曲线；图4是释放出的小牛血清蛋白的凝胶电泳图。
具体实施例方式
1.聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的合成原料及投料量N-异丙基丙烯酰胺(g)∶(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷(ml)＝99∶1-1∶50(简称单体)单体(g)∶过氧化苯甲酰(g)＝100∶0.2-100∶5单体(g)∶二氧六环(ml)＝1∶1-10取N-异丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷溶于二氧六环，加入过氧化苯甲酰，通氮气15-60min，于65-90℃下引发反应2-24小时。旋转蒸发溶剂，用四氢呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氢呋喃溶解，石油醚沉降，干燥备用。
2.温度敏感水凝胶的合成将聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]溶于水得到一定浓度(质量百分比5％-60％)的溶液，然后加入磷酸盐/柠檬酸盐的混合溶液，调整溶液的pH值3-12，水解交联反应进行12-72小时。
3.以温度敏感水凝胶为载体对生物活性分子的负载和释放将聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]溶于水，加入一定量的生物活性大分子(聚合物∶生物活性大分子＝10∶0.5-5)；然后加入磷酸盐/柠檬酸盐的混合溶液，调整溶液的pH值3-12，水解交联反应进行12-72小时得到含生物活性分子的凝胶。将上述凝胶放入一定量的磷酸盐磷酸盐缓冲溶液，测定释放出来的生物活性分子数量和活性。
本发明采用两步法制备生物分子载体，先合成的线性聚合物具有水溶性、无毒、可控制分子量等优点；水解交联成凝胶时，在非常温和的条件下(室温，生理pH值)进行，产生的副产物小分子醇浓度极低，因而可以保持活性大分子的活性，且负载率和释放速率可以调控。
实施例11.聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-异丙基丙烯酰胺2g，(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷0.3mL溶于15ml二氧六环，加入50mg过氧化苯甲酰，通氮气30min，于80℃下引发反应4小时。旋转蒸发溶剂，用四氢呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氢呋喃溶解，石油醚沉降，干燥得到聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]。聚合物分子量45000，分散度3.2。核磁图谱见图1δ3.90-4.05(m，CH(CH3)2+OCH2(CH2)2)，3.47(s，Si(OCH3)3)，2.1-2.3(d，CHCO)，1.83(d，CH2CH2CH2-)，1.6-1.7(m，CH2CHCHH2)，1.0-1.2(d，CH(CH3)2，C-CH3).
2.温度敏感水凝胶的合成取聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]200mg，加入1ml水，于室温下溶解，然后加入0.5ml磷酸盐/柠檬酸缓冲溶液，使反应液的pH值为6，反应于室温下进行24h，取出凝胶在水中浸泡除去杂质。将凝胶在不同温度的水中放置24h，取出称重，测定凝胶的温度敏感性。图2是凝胶溶胀率和温度的关系图，可看出凝胶在低温下溶胀，高温下收缩，其相变温度在29℃。
实施例21.聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-异丙基丙烯酰胺2g，(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷3mL溶于50ml二氧六环，加入100mg过氧化苯甲酰，通氮气60min，于65℃下引发反应24小时。旋转蒸发溶剂，用四氢呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氢呋喃溶解，石油醚沉降，干燥备用，聚合物分子量41000，分散度3.0；核磁图谱的各吸收峰位移与图1类似。
2.温度敏感水凝胶的合成取聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]100，200，500mg，加入1ml水，于室温下溶解，然后加入0.5ml磷酸盐/柠檬酸缓冲溶液，使反应液的pH值为6，反应于室温下进行72h，取出凝胶在水中浸泡除去杂质。凝胶的室温时的溶胀率分别为14，10，5。
实施例31.聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]的合成取N-异丙基丙烯酰胺2g，和20ml(γ-甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷溶于50ml二氧六环，加入过氧化苯甲酰，通氮气除氧，于65℃下引发反应2-24小时。旋转蒸发溶剂，用四氢呋喃溶解，乙醚沉降，干燥；再用四氢呋喃溶解，石油醚沉降，(通过控制单体与引发剂过氧化苯甲酰的用量比和引发时间)可得到分子量在5000-100,000的聚合物；核磁图谱的各吸收峰位移与图1类似。
2.温度敏感水凝胶的合成取聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]100mg，200mg，500mg，加入1ml水，于室温下溶解，然后加入0.5ml磷酸盐/柠檬酸缓冲溶液，使反应液的pH值为6，反应于室温下进行72h，得温度敏感水凝胶，取出凝胶在水中浸泡除去杂质。室温时所得凝胶的溶胀率在5-15之间。
实施例4生物活性分子的负载和释放取实施例1得到的聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]200mg，小牛血清蛋白50mg，加入1ml水，于室温下溶解，然后加入0.5ml磷酸盐/柠檬酸缓冲溶液，使反应液的pH值为6，反应于室温下进行24h，取出凝胶在水中浸泡洗去小分子杂质。
将以上负载小牛血清蛋白的凝胶放入20ml的水中，隔一定时间更换水溶液，同时测定小牛血清蛋白的释放量。图3为小牛血清蛋白的释放动力学，小牛血清蛋白分子(BSA)在46h内释放完全。从图4的蛋白质电泳，没有发现小牛血清蛋白任何性状的变化(图4中a为标准BSA、b为释放2小时、c为释放5.5小时、d为释放11小时、e为释放25.5小时的电泳图)。可见采用本发明控制释放生物大分子时，负载率高，可以很好地保持生物活性分子的活性。
实施例5生物活性分子的负载和释放取实施例2得到的聚[N-异丙基丙烯酰胺-co-(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷]100mg，小牛血清蛋白10或50mg，加入1ml水，于室温下溶解，然后加入0.5ml磷酸盐/柠檬酸缓冲溶液，使反应液的pH值为6，反应于室温下进行72h，取出凝胶在水中浸泡洗去小分子杂质。
将以上负载小牛血清蛋白的凝胶放入20ml的水中，隔一定时间更换水溶液，同时测定小牛血清蛋白的释放量。小牛血清蛋白在9、28小时内释放完全。
权利要求
1.含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物，其特征在于，由下法制得按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-异丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作为单体，并按1g∶1-10ml的比例将单体溶于1，4-二氧六环，以过氧化苯甲酰为引发剂在65-90℃引发聚合反应2-24小时，得到含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物。
2.权利要求1所述的聚合物的合成方法，其特征在于按99g∶1ml-1g∶50ml的比例取N-异丙基丙烯酰胺和(γ-甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作为单体，并按1g∶1-1ml的比例将单体溶于1，4-二氧六环，以过氧化苯甲酰为引发剂在65-90℃引发聚合反应2-24小时，得到侧链含硅氧烷的线性温敏聚合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于单体与引发剂的用量重量比为100∶0.2-5。
4.温度敏感水凝胶，其特征在于，由下法制得将权利要求1所述含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物溶于水制得浓度为5-60wt％的溶液，然后加入磷酸盐/柠檬酸盐的混合溶液至溶液的pH值为3-12，水解交联反应12-72小时，得到温度敏感水凝胶。
5.权利要求4所述的温度敏感水凝胶的制备方法，其特征是将权利要求1所述含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物溶于水制得浓度为5-60wt％的溶液，然后加入磷酸盐/柠檬酸盐的混合溶液至溶液的pH值为3-12，水解交联反应12-72小时，得到温度敏感水凝胶。
6.权利要求4所述的温度敏感水凝胶在生物活性分子的负载、固定化或控制释放中的应用。
全文摘要
含硅氧烷侧链的温度敏感线性聚合物以N－异丙基丙烯酰胺和(γ－甲基丙烯酰基)丙基三甲氧基硅烷作为单体，溶于1，4－二氧六环，以过氧化苯甲酰为引发剂在65－90℃引发聚合反应2－24小时，得到温度敏感线性聚合物。将上述聚合物溶于水调pH值3－12，水解交联反应12－72小时，得到温度敏感水凝胶。本发明聚合物合成简单；凝胶合成条件温和(pH值接近中性)，合成凝胶产生的小分子醇的数量少，不会破坏生物分子的活性；凝胶的溶胀性能可以通过控制制备条件调控；所得凝胶具有刺激响应性能。本发明所得水凝胶可以很好地负载生物活性分子，且可以保持生物分子的活性，可以用于生物活性分子的负载、固定化载体或药物控制释放载体。
文档编号C08J3/02GK1648141SQ20041006131
公开日2005年8月3日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者卓仁禧, 张建涛, 黄世文 申请人:武汉大学