专利名称：对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶及其制备方法
技术领域：
本发明具体涉及一种对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶及其制备方法，属于功能高分子水凝胶材料技术领域。
背景技术：
纳米水凝胶作为一种新型纳米材料，同时具备纳米颗粒和水凝胶的性质。其中刺激响应型纳米凝胶随着环境的微小变化，吸水量也发生变化，因此又称为“智能”纳米凝胶。 通过设计选用不同的聚合物，可以实现水凝胶对温度、PH值、离子强度、光、电场等外界刺激的响应。为了使纳米水凝胶能够应用到更多领域，如体内诊断、药物控释、化学分离、化学和生物传感器、光学材料等，需要合成更加复杂的聚合物来获得先进的多功能纳米材料。温敏型聚合物是一类在温度改变下，自身性质会发生相应变化的聚合物。这些性质包括相态、形状、表面能、反应速率、渗透速率或识别性能等。温敏型聚合物是近年发展起来的一种新型智能材料，由于其对温度的敏感性，在药物释放、固定化酶、物料分离、免疫分析等方面有广阔的应用前景。温敏型聚合物一般都同时含有疏水基团和亲水基团。以聚异丙基丙烯酰胺为例， 异丙基丙烯酰胺分子结构中存在疏水基团[-CH(CH3)2]及亲水基团(-C0NH-)两部分。在低温时，异丙基丙烯酰胺与水的相互作用主要是酰胺基团与水分子间的氢键作用，由于氢键与范德华力的作用，大分子链周围的水分子将形成一种有氢键连接的在低温下稳定的溶剂化壳层，随着温度上升到一定温度，分子内及大分子间疏水作用加强形成疏水层，部分氢键被破坏，大分子链的溶剂化壳层被破坏，水分子从溶剂化层析出，表现为相变，产生温敏性。 发生相变时的温度称为临界相转变温度(H Dautzenberg, Y Gao, M Hahn, Langmuir, 2000, 16 9070 9081.)。氧化还原响应型聚合物通常在其化合物结构中含有二硫键(S-S)。二硫键会在还原剂的作用下被还原为巯基(-SH)，从而使聚合物在水溶液中发生迅速降解。同时这个反应为可逆的，在氧化剂的存在下，巯基可以被氧化为二硫键。“二硫键-巯基”的反应对于保持正常的细胞功能具有非常重要的作用。谷胱甘肽(GSH)是生物体中最丰富的低分子量生物硫醇。因此谷胱甘肽和其氧化产物(GSSG)在生物细胞中组成了人体最重要的氧化还原对。在体液、细胞外基质、细胞表面存在着能够使GSSG稳定的蛋白质，因此在上述区域存在着较高的氧化电位。同时，在细胞内部，由于GSH还原酶的存在，使得GSH在细胞内部富集，从而维持了细胞内部的还原电位。细胞内外的氧化还原电位差可以被设计用来生物物质的传递(Y M Go, D P Jones, Bi°C himicaet Biophysica Acta, 2008,1780(11) :1273 1290 ；G ffu, Y Z Fang, S Yang, Journal of Nutrition, 2004,134(3) :489-92)。同时，肿瘤组织的还原环境要比正常组织更强。因此，还原响应型聚合物在肿瘤药物的控释领域具有很广阔的应用前景。目前对刺激响应型聚合物的研究主要集中在温度刺激响应型聚合物和pH刺激响应型聚合物，很少有涉及具有对温度和氧化还原刺激响应的双刺激响应型纳米水凝胶的研究，且制得的聚合物的生物可降解性和生物毒性都有待优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶及其制备方法，所述的水凝胶具有对温度与氧化还原刺激响应特点。其制备方法为可逆加成-断裂链转移自由基聚合法(RAFT法)，过程简单。本发明是通过以下技术方案加以实现的一种对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶，其特征在于，该水凝胶的分子结构式如式1所示，命名为“二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”(SS-DexPNI)，
权利要求
1. 一种对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶，其特征在于，该水凝胶的分子结构式如式1所示，命名为“二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”，
2. 一种制备权利要求1所述的对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤(1)链转移引发剂2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸的合成 按照十二硫醇、三辛基甲基氯化铵及氢氧化钠之间的摩尔比为1 (0.02 0. 04) 1，将十二硫醇和三辛基甲基氯化铵溶于丙酮中，并在氮气保护下，在温度10°C 15°C，滴加质量浓度为50%氢氧化钠溶液形成A反应液；搅拌下，向A反应液中滴加二硫化碳与丙酮按摩尔比为1 2 3的混合溶液，该混合溶液的体积量与A反应液的体积量比为1 5 6，滴加完毕形成B反应液；持续搅拌下，再按B反应液中的二硫化碳与氢氧化钠摩尔比为1 4 5，向B反应液中滴加质量分数为50%氢氧化钠溶液形成C反应液，室温搅拌1 后向C反应液中加入去离子水形成D反应液，去离子水的体积量为C反应液的体积量的0. 5 1倍，搅拌下，再向D反应液中加入质量浓度为30% 35%的盐酸，其中盐酸的体积量为D反应液的体积量的0. 1 0. 2倍，最终得到黄色固体，该黄色固体用正己烷重结晶，所得黄色晶体即为2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸(DTM)； 0)2十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖的合成在氮气保护下，将步骤(1)合成的2-十二烷基三硫代羰基2甲基丙酸溶解于二氯甲烷中，在室温下搅拌，向2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸溶液中滴加乙二酰氯溶液，在温度50°C滴加至反应溶液变成深红色为止，得到深红色反应溶液A ；按照葡聚糖、二甲基氨基吡啶及三乙胺的质量比为1 (0.3 0.4) (0.3 0.4)，将该三种化合物溶于无水二甲亚砜中配制成混合溶液B，再按混合溶液B的葡聚糖用量与深红色反应溶液A的DTM用量的质量比为1 (0. 4 0. 55)将混合溶液B加入到深红色反应溶液A中，升温至80°C，反应24h后加入乙醇，析出沉淀2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖粗品，用截留分子量(MWCO)为3500的透析袋透析3天进行纯化，冷冻干燥即得2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖；(3)聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成按照2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖、异丙基丙烯酰胺及水溶性偶氮引发剂的质量比为1 (0.25 4) (0.3 0.5)，首先将2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸嫁接葡聚糖溶解在去离子水中，配制为浓度为5 15mg/ml的溶液，然后加入异丙基丙烯酰胺，及加入偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸和偶氮二异丙基咪唑啉水溶性偶氮引发剂的其中一种，在温度60 80°C反应4h，将反应液用截留分子量(MWCO)为14000的透析袋透析3天，即得聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖；(4)聚合物二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成按照聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖、异丙胺及二硫苏糖醇质量比为1 (0.5 2) (0.1 0.5)，首先将聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖加入去离子水中，配制为浓度为 5 15mg/ml的溶液，然后在氮气保护、室温和搅拌的条件下，向溶液中加入异丙胺、二硫苏糖醇反应池，得到巯基聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖溶液，该溶液在温度50°C下与氧反应 12h，最终得到二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖。
全文摘要
本发明公开了一种对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶及其制备方法。所述纳米水凝胶，命名为“二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖”。其制备过程2-十二烷基三硫代羰基-2-甲基丙酸的合成；2-十二烷基三硫代羰基2-甲基丙酸嫁接葡聚糖大分子的合成；聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成聚合物二硫交联聚异丙基丙烯酰胺接枝葡聚糖的合成。本发明优点，其制备方法采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合法，过程具有聚合可控、所用试剂对生物体无毒或低毒、所得产物分子结构准确和分子量分布可控的特点；制得的对温度和氧化还原刺激响应的纳米水凝胶有着广泛应用性。
文档编号C08F120/54GK102391427SQ20111017781
公开日2012年3月28日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者刘硕奇, 吕威鹏, 张凤宝, 张国亮, 汪洋 申请人:天津大学