一种壳聚糖CO₂响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法

专利名称：一种壳聚糖CO₂响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法。
背景技术：
壳聚糖是自然界储量最为丰富是天然生物高分子材料之一，具有优异的生物相容性、生物降解性以及生物活性，在生物医学及制药等方面的应用极其广泛，可用作烧伤敷料及伤口愈合剂。但壳聚糖的化学结构相对简单，功能比较单一，而且溶解性较差，因此为了满足更高的应用要求，需要采用物理化学方法对其进行改性，扩大其功能。董常明(Feng，H., Dong, C.Μ..B i omacr omo I ecu I e s, 2006, 7, 3069)通过开环聚合制备了支链为聚丙交酯的壳聚糖接枝共聚物；Li (Bao H.Q., Li L., Gan L.H., Ping Y, Li J, Ravi P..Macromolecules 2010, 43，5679)利用点击化学将聚(甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯)和聚丙烯酰胺接枝到壳聚糖上；Bai (Li, N., Bai, R.B., Liu, C.K.Langmuir, 2005,21，11780)则通过可逆加成-断裂链转移聚合方法制备了支链为聚丙烯酰胺的壳聚糖接枝聚合物，并研究了其对汞离子的吸附。环境响应型共聚物因其独特的性质而备受人们关注。当外界环境发生微小变化时，环境响应型共聚物会相应地迅速发生比较明显的物理或化学变化。在这一系列物理或化学变化中，研究最多的是其水溶液性质的变化，即在水溶液中，当温度、pH、光照等外部环境发生变化时，聚合物链与链之间或聚合物链与溶剂之间在分子水平上的相互作用会发生变化，进而经历从溶解到不溶的变化过程。近年来，环境响应型共聚物一直是研究热点。最近，Zhao (Han D.H., Tong X., Boissiere 0., Zhao Y..ACS Macro Letters, 2012,1，57)等通过将N-丙烯酰胺单体和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯单体共聚，制备了具体CO2和温度双重响应性的聚合物。此外,此类聚合物的CO2响应性可以通过改变聚合物中两种单体的比例进行调节、·设计。利用壳聚糖本身良好的生物相容性、生物降解性以及生物活性，结合可逆加成-断裂链转移聚合这种先进的活性聚合方法，在壳聚糖侧基上引入同时具有CO2响应性和温度响应性的聚(N-丙烯酰胺-co-N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)链段，可以制备壳聚糖为主链的双响应性接枝共聚物，这在生物医学、纳米药物载体等领域将具有广泛应用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法。本发明的目的是将具有CO2和温度双重响应性的聚合物作为支链引入到壳聚糖上，使所获得的接枝共聚物同时具有良好的生物相容性、生物降解性、生物活性、CO2响应性和温度响应性，并将此接枝共聚物溶于水中得到具有CO2和温度双重响应性的稳定纳米胶束。本发明用商品化的壳聚糖、N-异丙基丙烯酰胺单体和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，采用可逆加成-断裂链转移聚合方法，制备一系列单体比例不同的聚(N-丙烯酰胺-co-N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)支链的壳聚糖CO2响应性、温度响应性接枝聚共聚物。本发明提出的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，具体步骤如下:
(1)将壳聚糖加入反应釜内，并分散溶解在溶剂A中，然后加入壳聚糖主链上端羟基或氨基摩尔数I 10倍量的脱水剂B ；
(2)将可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C溶解在溶剂A中，得到A溶液，可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C加入的物质的量为壳聚糖主链上端羟基及氨基物质的量的I 5倍；
(3)在O 30°C下将步骤(2)得到的含有可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C的A溶液滴加到步骤(I)所得产物的反应釜中，滴加时间为10 70分钟，滴加结束后，在10 40°C温度下，反应10 72小时，所得产物经抽滤，浓缩，沉淀，并真空干燥后，得到以壳聚糖为主链的RAFT大分子链转移剂；
(4)将所得到的RAFT大分子链转移剂溶于溶剂D中，加入单体N-异丙基丙烯酰胺和单体N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，单体的具体加入量按所设计的分子量及其性能确定，力口入引发剂偶氮二异丁腈，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20 100°C，反应2 30小时，并经沉淀、真空干燥，即得到所需产物。本发明中，所述溶剂A为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二乙基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。本发明中，所述脱水剂B为N，N- 二环己基碳二亚胺、氯磺酸或亚硫酰氯中的一种或几种。本发明中，所述可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C为2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2_甲基丙酸、3-苄基三硫酯丙酸或二硫代苯甲酸中的某一种。本发明中，所述溶剂D为二氧六环、苯甲醚、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二乙基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一种或两种。本发明的优点在于:原料来源广泛，所用的壳聚糖、N, N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、N-异丙基丙烯酰胺单体、溶剂、脱水剂、引发剂、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸等均可工业化生产，合成方法简单易行。合成的两亲性以壳聚糖为主链的接枝共聚物同时具有CO2响应性、温度响应性、生物相容性以及生物可降解性。共聚物在水中可以很容易地组装为稳定纳米胶束。聚合物的最低临界互溶温度和CO2响应性能可以通过改变支链中N-丙烯酰胺和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯两种单体的比例进行调节。所得稳定纳米胶束同时具有CO2响应性、温度响应性、生物降解性和生物相容性，在药物控制释放载体、纳米反应器、生物智能开关、生物传感器等领域具有广泛的应用。


图1:实 施例1制备的壳聚糖为主链的CO2响应性、温度响应性接枝共聚物的结构示意图。
具体实施例方式以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。该壳聚糖为主链的CO2响应性、温度响应性接枝共聚物的分子结构用核磁共振分析仪(NMR)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测定。低临界溶解温度(LCST)用带热台的紫外-可见分光光度计测定，LCST定义为透光率降至初始值的50%时所对应的温度。组装所得纳米胶束用透射电镜(TEM)与原子力显微镜(AFM)测定。纳米胶束粒径用动态激光光散射仪(DLS)测定。实施例1
称取壳聚糖2.0克于反应釜中，用N，N- 二甲基甲酰胺分散溶解后，加入N，N- 二环己基碳二亚胺15克。将16克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，在0°C下滴入到反应釜中，20分钟滴完，并在10°C下反应72小时。抽滤除盐后经去离子水沉淀，真空干燥，得主链为壳聚糖的RAFT大分子链转移剂。称取RAFT大分子链转移剂0.2克溶于二氧六环，加入N-异丙基丙烯酰胺5.2克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯0.8克，再加入引发剂偶氮二异丁腈0.002克，经抽真空-充氮气过程3次，并在氮气保护下于20°C油浴中反应48小时。产物去离子水透析，冷冻干燥，得壳聚糖为主链的CO2和温度双重响应性接枝共聚物，将该共聚物溶于水中得到稳定纳米胶束。实施例2
称取壳聚糖2.0克，用N，N- 二甲基甲酰胺分散溶解后，加入氯磺酸10克，将20克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，在5°C下滴入到反应釜中，30分钟滴完，并在15°C下反应54小时。抽滤除盐后经去离子水沉淀，真空干燥，得主链为壳聚糖的RAFT大分子链转移剂。称取RAFT大分子链转移剂0.2克溶于N，N- 二甲基乙酰胺，加入N-异丙基丙烯酰胺4.9克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.1克，再加入引发剂偶氮二异丁腈 0.003克，经抽真空-充氮气过程3次，并在氮气保护下于40°C油浴中反应36小时。产物去离子水透析，冷冻干燥，得壳聚糖为主链的CO2和温度双重响应性接枝共聚物，将该共聚物溶于水中得到稳定纳米胶束。实施例3
称取壳聚糖2.0克，用N，N- 二甲基乙酰胺分散溶解后，加入氯化亚砜15克，将25克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，在10°C下滴入到反应釜中，40分钟滴完，并在20°C下反应36小时。抽滤除盐后经去离子水沉淀，真空干燥，得主链为壳聚糖的RAFT大分子链转移剂。称取RAFT大分子链转移剂0.2克溶于N，N- 二乙基甲酰胺，加入N-异丙基丙烯酰胺4.7克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.3克，再加入引发剂偶氮二异丁腈0.004克，经抽真空-充氮气过程3次，并在氮气保护下于50°C油浴中反应10小时。产物去离子水透析，冷冻干燥，得壳聚糖为主链的CO2和温度双重响应性接枝共聚物，将该共聚物溶于水中得到稳定纳米胶束。实施例4
称取壳聚糖2.0克，用二甲基亚砜分散溶解后，加入N, N- 二环己基碳二亚胺20克，将30克3-苄基三硫酯丙酸溶解在二甲基亚砜中，在15°C下滴入到反应釜中，50分钟滴完，并在30°C下反应24小时。抽滤除盐后经去离子水沉淀，真空干燥，得主链为壳聚糖的RAFT大分子链转移剂。称取RAFT大分子链转移剂0.2克溶于苯甲醚，加入N-异丙基丙烯酰胺4.5克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.5克，再加入引发剂偶氮二异丁腈0.005克，经抽真空-充氮气过程3次，并在氮气保护下于70°C油浴中反应4小时。产物去离子水透析，冷冻干燥，得壳聚糖为主链的CO2和温度双重响应性接枝共聚物，将该共聚物溶于水中得到稳定纳米胶束。 实施例5
称取壳聚糖2.0克，用N，N- 二乙基甲酰胺分散溶解后，加入氯磺酸25克，将30克二硫代苯甲酸溶解在N，N- 二乙基甲酰胺中，在20°C下滴入到反应釜中，60分钟滴完，并在40°C下反应10小时。抽滤除盐后经去离子水沉淀，真空干燥，得主链为壳聚糖的RAFT大分子链转移剂。称取RAFT大分子链转移剂0.2克溶于苯甲醚，加入N-异丙基丙烯酰胺4.0克，N, N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯2.0克，再加入引发剂偶氮二异丁腈0.006克，经抽真空-充氮气过程3次，并在氮气保护下于100°C油浴中反应2小时。产物去离子水透析，冷冻干燥，得壳聚糖为主链的CO2和温度 双重响应性接枝共聚物，将该共聚物溶于水中得到稳定纳米胶束。
权利要求
1.一种壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，其特征在于具体步骤如下: (1)将壳聚糖加入反应釜内，并分散溶解在溶剂A中，然后加入壳聚糖主链上端羟基或氨基摩尔数I 10倍量的脱水剂B ； (2)将可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C溶解在溶剂A中，得到A溶液，可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C加入的物质的量为壳聚糖主链上端羟基及氨基物质的量的I 5倍； (3)在O 30°C下将步骤(2)得到的含有可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C的A溶液滴加到步骤(I)所得产物的反应釜中，滴加时间为10 70分钟，滴加结束后，在10 40°C温度下，反应10 72小时，所得产物经抽滤，浓缩，沉淀，并真空干燥后，得到以壳聚糖为主链的RAFT大分子链转移剂； (4)将所得到的RAFT大分子链转移剂溶于溶剂D中，加入单体N-异丙基丙烯酰胺和单体N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，单体的具体加入量按所设计的分子量及其性能确定，力口入引发剂偶氮二异丁腈，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20 100°C，反应2 30小时，并经沉淀、真空干燥，即得到所需产物。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，其特征是所述溶剂A为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二乙基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，其特征是所述脱水剂B为N，N- 二环己基碳二亚胺、氯磺酸或亚硫酰氯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述 的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，其特征是所述可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂C为2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、3-苄基三硫酯丙酸或二硫代苯甲酸中的某一种。
5.根据权利要求1所述的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法，其特征是所述溶剂D为二氧六环、苯甲醚、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二乙基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一种或两种。
全文摘要
本发明涉及一种以壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束的制备方法。在惰性气体氩气或氮气保护下，利用壳聚糖主链中的羟基或氨基与端羧基的可逆加成-断裂链转移聚合链转移剂进行酯化反应，得到可逆加成-断裂链转移聚合的大分子链转移剂，在偶氮二异丁腈的引发下，对N-异丙基丙烯酰胺和N,N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯单体进行可逆加成-断裂链转移聚合，得到壳聚糖为主链，具有CO2响应性和温度响应性的接枝共聚物，将其溶于水中即形成稳定的CO2响应性、温度响应性纳米胶束。本发明的壳聚糖CO2响应性、温度响应性稳定纳米胶束，同时具有生物降解性、生物相容性、生物活性、CO2响应性和温度响应性，在药物控制释放载体、生物智能开关、生物传感器等领域具有广泛的应用。本发明所述制备方法简单易行，原料可工业化生产，具有很好的推广应用价值。
文档编号C08F2/38GK103232574SQ201310139828
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者袁伟忠, 邹辉 申请人:同济大学