一种疏水改性海藻酸钠材料及其制备与应用的制作方法
【专利摘要】本发明制备了一种乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材料新产品，并提供了在溶液中制备上述产品的制备方法，拓宽了其应用范围。产品特征是以海藻酸钠（SA）为主链、聚乙酸乙烯酯（VAc）为侧链的接枝共聚物（SA-g-PVAc）。以海藻酸钠和乙酸乙烯酯为原料、过硫酸钾（KPS）为引发剂，在水溶液中进行自由基接枝共聚反应，合成了海藻酸钠-聚乙酸乙烯酯接枝共聚物。本发明的制备条件能够使产物仍保持亲水性海藻酸钠主链结构，同时具有一定接枝度的疏水侧链。作为一种新型两亲材料，其有望应用于药物释放、生物技术、化学工业及环境保护领域。
【专利说明】一种疏水改性海藻酸钠材料及其制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠疏水改性材料的制备方法及其应用，属 于生物功能材料领域。
【背景技术】
[0002] 海藻酸钠 （Sodium alginate, SA)是一种广泛存在于褐藻类植物中的天然多糖。它 由a -L-古罗糖醒酸（guluronate, G)和β -D-甘露糖醒酸（mannuronate, M)通过1，4糖苷 键聚合而成。分子链中含有GG、GM、MM片段，且G/Μ比值随着褐藻类植物产地及季节的变化 而变化。海藻酸钠的水溶液在遇到一些二价金属阳离子时，会形成具有一定机械强度的凝 胶，而从凝胶强度和离子毒性两个角度考虑，钙离子是首选的离子交联剂。海藻酸钠水溶液 与钙离子通过不同的制备方式得到的球形凝胶称为海藻酸钙胶珠，其表面带有负电荷。将 海藻酸钙胶珠与带有正电荷的高分子（如壳聚糖）进行成膜反应，能够生成海藻酸钙为核 心、壳聚糖为囊膜的微胶囊，称为海藻酸钠-壳聚糖微胶囊（AC微胶囊XAC微胶囊具有良好 的生物相容性和价格低廉的优势，既可包埋细胞或药物用于生物技术、医用组织工程、药物 释放领域，又在工业废水处理、纺织工业等领域有广泛应用。但是，由于海藻酸钙凝胶的亲 水性、微囊三维网络结构及膜孔尺寸较大，极其不利于亲水性物质的包埋与保护，例如亲水 性药物会从微囊中突释，导致实际应用时生物利用度降低（Desai S, Perkins J, Harrison B S. Understanding release kinetics of biopolymer drug delivery microcapsules for biomedical applications[J]，Materials Science and Engineering:B, 2010,168 (1):127 -131)。针对上述问题，一方面通过优化微囊材料及制备工艺参数来调节微囊结构，另一方面 可通过对海藻酸钠进行疏水改性，从而改善其对亲水性物质的包埋、保护与释放能力。
[0003] 海藻酸钠疏水改性分为物理共混法和化学改性法。自由基接枝共聚法是海藻酸钠 化学改性法的一种常用方法，具有反应效率高，产物分离简单等特点。常见的接枝单体有丙 烯酸酯类（中国专利：CN102485759A)，丙烯酰胺类(徐亚雷，倪才华.双丙酮丙烯酰胺与海 藻酸钠接枝聚合制备两亲性药物载体[J].应用化工，2012,41 (2):278-281)以及乙烯酯类 (吴宏，萧聪明，周立春，等，KSP引发醋酸乙烯酯与海藻酸钙小球接枝共聚反应[J].化工科 技，2002, 10 (5) :17-18)。使用甲基丙烯酸酯类的单体（中国专利：CN102485759A)与海藻 酸钠进行接枝共聚时，得到的产物接枝度较高（70%)，接枝度范围不可控，从而具有一定的 应用局限性。而使用丙烯酰胺类的单体(徐亚雷，倪才华.双丙酮丙烯酰胺与海藻酸钠接枝 聚合制备两亲性药物载体[J].应用化工，2012,41 (2):278-281)时，由于丙烯酰胺类单体 的均聚物(聚丙烯酰胺等）本身就是一种水溶性高分子，将丙烯酰胺类单体接枝到海藻酸钠 主链上不能有效的提高其疏水性能。乙酸乙烯酯作为一种低共聚活性的烯类化合物，是与 海藻酸钠进行接枝共聚疏水改性的理想单体。吴宏等(吴宏，萧聪明，周立春，等，KSP引发 醋酸乙烯酯与海藻酸钙小球接枝共聚反应[J].化工科技，2002, 10 (5) :17-18)使用了过 硫酸钾为引发剂，将已经成型的海藻酸钙水凝胶与乙酸乙烯酯进行非均相接枝共聚反应， 得到了接枝度为1074%的改性胶珠。方艳红等(方艳红，萧聪明，吴宏，等.海藻酸钠水凝胶 与￥八(：的接枝共聚反应[刀.华侨大学学报（自然科学版)，2005,26 (2):138-140)选择了 过硫酸铵为引发剂，将海藻酸钙水凝胶与乙酸乙烯酯进行非均相接枝共聚反应，得到了接 枝度1927%的改性胶珠。但是，此种非均相共聚方法存在较大问题：1、改性海藻酸钙的接枝 度远超100%，说明在海藻酸钙胶珠表面包覆形成的聚乙酸乙烯酯成为了主要结构，海藻酸 钙的比例大幅降低，因此这类胶珠不能保持海藻酸钙原有的特性。2、当海藻酸钙胶珠用于 包埋细胞或者敏感的生物活性物质时，在成型胶珠上接枝共聚反应会导致生物物质活性损 失。本发明采用乙酸乙烯酯与海藻酸钠分子进行溶液聚合，通过控制乙酸乙烯酯的溶液共 聚活性及聚合反应条件，制备出接枝度可控（1-50%)的疏水改性海藻酸钠材料，该产品仍 保持亲水性海藻酸钠主链结构，而且可以溶解并加工成海藻酸钙胶珠或水凝胶，不会对包 埋的生物物质活性造成影响。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明制备了一种乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材料新产品，提供了 在溶液中制备上述产品的制备方法，并拓宽了其应用范围。具体是指一种乙酸乙烯酯接枝 海藻酸钠的疏水改性材料。其特征是以海藻酸钠（SA)为主链、聚乙酸乙烯酯（VAc)为侧 链的接枝共聚物（SA-g-PVAc)。产品中海藻酸钠主链平均分子量100-5000kDa，接枝产物 SA-g-PVAc的分子量为34-360kDa，侧链接枝率1-50%。
[0005] 接枝率的计算公式(参考文献：梁景程，杨慧娟.元素分析法测定高分子量PP接枝 率[R]. 2007全国高分子学术论文报告会，2007):
[0006]
【权利要求】
1. 一种疏水改性海藻酸钠材料，其特征在于：是以海藻酸钠（SA)为主链、聚乙酸乙烯 酯（VAc)为侧链的接枝共聚物（SA-g-PVAc)。
2. 按照权利要求1所述的材料，其特征在于：产品中侧链接枝率1-50%。
3. 按照权利要求1或2所述的材料，其特征在于：产品中海藻酸钠主链平均分子量 100-5000kDa，接枝产物 SA-g-PVAc 的分子量为 34-360kDa。
4. 一种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于： 1) 去离子水配制浓度5-50g/L海藻酸钠溶液，于水浴锅中加热至50-70°C ; 2) 氮气保护下，加入过硫酸钾溶液，浓度为0. 5-10mm〇l/L，随后加入乙酸乙烯酯单体， 乙酸乙烯酯单体与海藻酸钠的溶液体积比为1:200-1:2,反应0.5-10小时，即得到含有 SA-g-PVAc的水溶液； 3) 将上述水溶液醇沉、离心后收集沉淀物，醇洗后干燥即得乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠 的材料产品。
5. 按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于： 步骤3)中所述醇为乙醇，醇沉时其于溶液中的终质量浓度为50-90%。
6. -种权利要求1、2或3所述疏水改性材料的应用，其特征在于： 所述的乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材料与二价阳离子发生络合作用，形成具有两亲特性 的水凝胶结构； 所述二价阳离子为钙、钡或锌离子； 且两亲性的水凝胶可以根据应用需要加工成球形、条索状或不规则形。
7. -种权利要求1、2或3所述疏水改性材料的应用，其特征在于： 所述的乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材料用于自组装纳米载药系统，用于非水相生物催化 水凝胶载体； 自组装为两亲材料通过正负电荷静电作用，在溶液中可自行缠绕成纳米尺寸载体，并 在缠绕过程中通过亲/疏水作用将药物自动包埋其中； 非水相生物催化水凝胶载体是指该材料与二价阳离子发生络合作用后，形成具有两亲 特性的水凝胶，在形成水凝胶的过程中可以将生物催化用的酶、或细胞等包埋其中，用于非 水相生物催化。
8. 按照权利要求7所述的应用，其特征在于：该载药系统用于(抗肿瘤药物紫杉醇、或 阿霉素等的）药物载体。
9. 按照权利要求7所述的应用，其特征在于： 由乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材料制备的水凝胶载体通过乙酸乙烯酯接枝海藻酸钠材 料与钙、钡或锌交联形成水凝胶，用于有生物功能的酶或细胞载体，用于非水相生物催化。
【文档编号】C08F218/08GK104098745SQ201310125673
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月11日 优先权日:2013年4月11日
【发明者】马小军, 刘袖洞, 许冠哲, 于炜婷 申请人:中国科学院大连化学物理研究所