大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备及作为药物控释载体的应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备方法，是将大豆分离蛋白粉分散于碱溶液中，加入单体甲基丙烯酸-2-羟乙酯，交联剂N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂过硫酸钾，搅拌使其充分溶解；然后在氮气保护下，升温至40~80℃进行聚合反应0.5~5h；再加入交联剂戊二醛搅拌1~20min使其溶解后于40~85℃下进行交联反应0.5~9h，反应液冷却至室温，用乙醇、二次水中浸泡，得到具有独特的拓扑网络结构的大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶。实验表明，本发明制备的大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶对小分子和大分子模型药物均具有很好的缓释效果，因此可用于药物控释载体用药物制剂的生产中。
【专利说明】大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备及作为药物控释载体的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子【技术领域】，涉及一种大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备；本发明同时还涉及该高分子互穿网络水凝胶作为药物控释载体的应用。
【背景技术】
[0002] 大豆分离蛋白是以低温脱溶大豆柏为原料生产的一种全价蛋白类食品添加剂。大豆分离蛋白中蛋白质含量在90%以上，氨基酸种类有近20种，并含有人体必需氨基酸。其营养丰富，不含胆固醇，是植物蛋白中为数不多的可替代动物蛋白的品种之一。依据沉降系数，大豆分离蛋白可分为2S、7S、11S和15S四个组分，其中球蛋白占总蛋白的50 90% ο大?分尚蛋白主要包含大?球蛋白(常称为IIS球蛋白)和β-伴大豆球蛋白(常称为7S球蛋白)两类球蛋白，占总蛋白的70%，它们均由17种氨基酸组成，其主要组成元素为为C、H、O、N、S、P及少量的Zn、Mg、Fe和Cu等，由?χ、υ>Λ?ι和Y四种亚基组成。大豆蛋白营养价值高，具有良好的乳化性、凝胶性、附着性等，同时，具有可降解、无污染、绿色环保等优点，因而有巨大的潜在应用价值。
[0003]聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯作为一种传统的生物基础材料，具有良好的生物相容性，其载药生物材料即有优异的生物学功能，又能释放药物，是一种潜在的组织工程支架材料和缓、控释药物载体材料，被广泛地应用于补齿、药物缓释、烧伤涂覆、器官移植、接触镜制造、细胞培养及生物分子与酶固定化等方面。
[0004]互穿网络聚合物(IPN)是一种新型的多相聚合物材料，它是由交联聚合物I和交联聚合物II各自交联后所得的网络连续地相互穿插而成，具有独特的拓扑结构和协同效应，能充分发挥多组分网络的优势，并通过合成方法来控制其形态结构。
【发明内容】
[0005]本发明的目的针对现有技术的特点，提供一种大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备方法。
[0006]本发明的另一目的是提供一种大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶作为药物载体的应用。
[0007](—)大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备
本发明大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的制备方法，是先将大豆分离蛋白粉分散于碱溶液中，加入单体甲基丙烯酸-2-羟乙酯，交联剂N，N ’ -亚甲基双丙烯酰胺，引发剂过硫酸钾，搅拌使单体、交联剂及引发剂充分溶解；在氮气保护下，升温至40~80°C后聚合反应0.5~5小时；再加入交联剂戊二醛后搅拌I~20 min使其溶解，然后于40~85°C下交联反应0.5~9小时；反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水依次浸泡，得到大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶。
[0008]所述大豆分离蛋白粉的粒度为50-100目；大豆分离蛋白粉与甲基丙烯酸-2-羟乙酯的质量比为1:0.5~1:5。[0009]所述碱溶液采用浓度l~10mOl/L的尿素溶液或NaOH溶液。
[0010]所述引发剂过硫酸钾的用量为大豆分离蛋白粉质量的广5% ;交联剂N，N '-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为大豆分离蛋白粉质量的广20% ;交联剂戊二醛的加入量为大豆分离蛋白粉质量的?0-ιοο%。
[0011 ] 上述制备的水凝胶呈淡褐色且成型效果良好。
[0012](二)大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶的结构、形貌表征
下面通过红外光谱(FT-1R)、扫描电镜(SEM)等表征手段，对本发明合成的大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的表面官能团类型、结构形貌进行分析研究。
[0013]图1为本发明制备的大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的红外光谱图(FT-1R)0其中，曲线I为大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶，曲线2为大豆分离蛋白，曲线3为聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯均聚物。从图1可以看到，在1726CHT1处有较强吸收，是由于互穿网络水凝胶酯羰基的C=O伸缩振动，1652cm-1处的吸收是由于酰胺一带，来自蛋白质中酰胺键的C=O伸缩振动吸收，在1541 cnT1处的吸收峰是由于特征的酰胺二带，来自N-H弯曲振动，在1250 cnT1处是由于酰胺三带，来自C-N伸缩振动吸收，在1160CHT1和1080CHT1处有较强的吸收峰是由于甲基丙烯酸-2-羟乙酯均聚物的C-O伸缩振动。用红外表征甲基丙烯酸-2-羟乙酯均聚物和互穿网络高分子水凝胶，枝链和甲基丙烯酸-2-羟乙酯均聚物的红外谱图基本一致，1750CHT1左右的-C=O伸缩振动峰，1160CHT1和1080CHT1左右的-C-O-伸缩振动峰，以及3000cm-l以上的-O-H伸缩振动峰都对应较好。说明所制备的水凝胶的原材料之间具有良好的相容性，形成了互穿网络结构。
[0014]图2为甲基丙烯酸-2-羟乙酯和大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的电镜扫描(SEM)0从图2可以看出，大豆分离蛋白互穿网络高分子凝胶表面能看到明显的网络结构，具有多层次大小不均一的孔状结构，有利于大量分子量不同的药物的负载，说明其具有良好的载药性能。
[0015](三)载药性能测试
1、对罗丹明B的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于罗丹明B水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱分别检测吸附前后罗丹明B水溶液的吸光率并计算载药量，每个样品做三次平行。实验结果:对罗丹明B的最大载药量为4.8%。
[0016]2、对牛血清白蛋白的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于牛血清白蛋白水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱分别检测吸附前后牛血清白蛋白水溶液的吸光率并计算载药量，每个样品做三次平行。实验结果:对牛血清白蛋白的最大载药量为6.4%ο
[0017](四)大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的控制释放性能
1、对药物模型小分子(罗丹明B:RB)的释放试验
将本发明制备的大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶冷冻干燥，将干燥的水凝胶样品放置于RB (lmg/mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，将载药后的水凝胶表面冲洗后，37°C下，浸入100 mL pH值分别为3,7.4和8.4的PBS缓冲溶液(0.02mol/L)中检测其释放行为。在PBS缓冲溶液中释放的RB的含量可采用紫外-可见光谱检测。一定时间间隔下取5 mL释放介质测RB的吸光度，再加5 mL新的同温度的释放介质继续振荡释放，每个样品做3次平行，计算累计释放率。
[0018]图3为本发明大豆分离蛋白互穿网高分子络水凝胶在pH为3、7.4,8.4的缓冲溶液中对罗丹明B的释放曲线，其中，曲线I为水凝胶在pH=3的缓冲溶液中对罗丹明B的释放，曲线2为水凝胶在pH=7.4的缓冲溶液中对罗丹明B的释放，曲线3为水凝胶在pH=8.4的缓冲溶液中对罗丹明B的释放。图3的测试结果表明，本发明高分子水凝胶对对罗丹明B在不同pH值的缓冲溶液中均有控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率。
[0019]2、对药物模型大分子(牛血清白蛋白:BSA)的释放试验
将本发明制备的大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶冷冻干燥，将干燥的水凝胶样品放置于BSA(10mg/mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，将载药后的水凝胶表面冲洗后，37°C下，浸入100 mL pH值分别为3、7.4和8.4的PBS缓冲溶液(0.02mol/L)中检测其释放行为。在PBS缓冲溶液中释放的BSA的含量可采用紫外-可见光谱检测。一定时间间隔下取5 mL释放介质测BSA的吸光度，再加5 mL新的同温度的释放介质继续振荡释放，每个样品做3次平行，计算累计释放率。
[0020]图4为本发明大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶在pH为3、7.4、8.4的缓冲溶液中对牛血清白蛋白的释放曲线，其中，曲线I为水凝胶在pH=3的缓冲溶液中对牛血清白蛋白的释放，曲线2为水凝胶在pH=7.4的缓冲溶液中对牛血清白蛋白的释放，曲线3为水凝胶在pH=8.4的缓冲溶液中对牛血清白蛋白的释放。图4的测试结果表明，本发明的大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶对牛血清白蛋白在不同PH值的缓冲溶液中均有很好的控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率。
[0021]综上所述，本发明利用甲基丙烯酸-2-羟乙酯和大豆分离蛋白的特点，制备的大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶(SP1-PHEMA)对小分子和大分子模型药物均具有很好的缓释效果，因此可作为药物控释载体用于药物制剂的生产中。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶(SP1-PHEMA)的红外光谱图(FT-1R)；
图2为本发明大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的电镜扫描图(SEM)；
图3为本发明大豆分离蛋白互穿网高分子络水凝胶在pH为3、7.4,8.4的缓冲溶液中对罗丹明B的释放曲线；
图4为本发明大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶在pH为3、7.4,8.4的缓冲溶液中对牛血清白蛋白的释放曲线。
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体实施例对本发明大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备及载药和缓释性能作进一步说明。
[0024]实施例一
1、大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备
将0.1g大豆分离蛋白粉(100目)充分分散于10 mol/L氢氧化钠溶液中(5mL)，在20°C搅拌使其充分分散；加入0.1 mL甲基丙烯酸-2-羟乙酯(0.1 g)，搅拌混合均匀后加入交联剂NW -亚甲基双丙烯酰胺0.01 g，过硫酸钾溶液(过硫酸钾0.01 g)，搅拌使其溶解，然后通氮气保护，升温至40°C，搅拌反应0.5 h，再加入戊二醛0.01 mL (0.01 g)，继续搅拌1.5 min使其溶解后，在40°C下进行交联反应0.5 h ;反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水各浸泡lh，得到大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶。
[0025]2、载药性能测试
(I)对罗丹明B的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于罗丹明B (0.5mg/ mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为2.5%。
[0026](2)对牛血清白蛋白的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于牛血清白蛋白(5mg/ mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外_可见光谱检测并计算得到载药量为4.9%ο
[0027]3、控制释放性能的测定 (I)对罗丹明B的释放性能测试
测试方法同前述。测试结果:大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶对罗丹明B在不同PH值的缓冲溶液中均有控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达66%。
[0028]( 2 )对牛血清白蛋白的释放性能测试
测试方法同前述。测试结果:大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶对牛血清白蛋白在不同PH值的缓冲溶液`中均有很好的控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达65%。
[0029]实施例二
1、大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备
将0.1g大豆分离蛋白粉(100目)充分分散于5 mol/L氢氧化钠溶液中(8 mL)，在40°C搅拌使其充分分散；加入0.5 mL甲基丙烯酸-2-羟乙酯(0.5 g)，搅拌混合均匀后加入交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺0.05 g，过硫酸钾溶液(过硫酸钾0.02g)，充分搅拌使单体、交联剂及引发剂溶解。通氮气保护下，升温至50 °C后聚合反应lh，再加入戊二醛0.02mL (0.02 g)，继续搅拌2 min使其溶解；然后在50 1:下进行交联反应I h ;反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水各浸泡2 h，得到大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶。
[0030]2、载药性能测试
(I)对罗丹明B的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于罗丹明B(1.5mg/ mL )水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为4.5%。
[0031](2)对牛血清白蛋白的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于牛血清白蛋白(8mg/ mL )水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为4.9%ο
[0032]3、控制释放性能的测定
(I)对罗丹明B的释放性能:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对罗丹明B在不同pH值的缓冲溶液中均有控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达58%。
[0033](2)对牛血清白蛋白的释放试验:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对牛血清白蛋白在不同PH值的缓冲溶液中均有很好的控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达69%。
[0034]实施例三
1、 大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备
将0.1 g大豆分离蛋白粉(100目)充分分散于3 mol/L氢氧化钠溶液中(10 mL)，在50°C搅拌使其充分分散，得到大豆分离蛋白分散液；加入0.8 mL甲基丙烯酸-2-羟乙酯(0.8 g)，搅拌混合均匀后依次加入交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺0.08 g，过硫酸钾溶液(过硫酸钾0.03 g)，充分搅拌使单体、交联剂及引发剂溶解。在氮气保护下，升温至60°C后聚合反应1.5 h，再加交联剂入戊二醛0.03 mL (0.03 g)，继续搅拌2.5 min使其溶解；然后在60°C下进行交联反应1.5 h;反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水浸泡3 h，得到大豆分离蛋白高分子互穿网络水凝胶。
[0035]2、载药性能测试
(I)对罗丹明B的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于罗丹明B (2.5mg/ mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为3.5%。
[0036](2)对牛血清白蛋白的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于牛血清白蛋白(12mg/ mL )水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为5.1%。
[0037]3、控制释放性能的测定
(I)对罗丹明B的释放性能:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对罗丹明B在不同pH值的缓冲溶液中均有控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达70%。
[0038](2)对牛血清白蛋白的释放性能:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对牛血清白蛋白在不同PH值的缓冲溶液中均有很好的控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达74%。
[0039]实施例四
1、大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶的制备
将0.1g大豆分离蛋白粉(100目)充分分散于I mol/L尿素溶液中(15mL),在60°C搅拌使其充分分散；加入I mL甲基丙烯酸-2-羟乙酯(lg)，搅拌混合均匀后依次加入交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺0.01 g，过硫酸钾溶液(过硫酸钾0.04g)，充分搅拌使单体、交联剂及引发剂溶液。在氮气保护下，升温至70°C后聚合反应3 h;再加入戊二醛0.04 mL(0.04g)，继续搅拌3 min后，在80 °C进行交联反应2 h ;反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水中浸泡4h，得到大豆分离蛋白互穿网络高分子水凝胶。
[0040]2、载药性能测试
(I)对罗丹明B的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于罗丹明B (3.5mg/ mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为4.8%。
[0041](2)对牛血清白蛋白的载药性能测试:将干燥的水凝胶样品放置于牛血清白蛋白(14mg/ mL)水溶液中溶胀吸附3天，溶胀平衡后，采用紫外-可见光谱检测并计算得到载药量为6.4%ο
[0042]3、控制释放性能的测定(I)对罗丹明B的释放性能:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对罗丹明B在不同pH值的缓冲溶液中均有控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达67%。
[0043](2)对牛血清白蛋白的释放性能:大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶对牛血清白蛋白在不同PH值的缓冲 溶液中均有很好的控制释放性能，12 h后释放曲线趋于平衡，且pH=8.4时药物释放具有最大累积释放率，最大累计释放量可达78%。
【权利要求】
1.一种大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，是先将大豆分离蛋白粉分散于碱溶液中，加入单体甲基丙烯酸-2-羟乙酯，交联剂N，N ’ -亚甲基双丙烯酰胺，引发剂过硫酸钾，搅拌使单体、交联剂及引发剂充分溶解；在氮气保护下，升温至40~80°C后聚合反应0.5~5小时；再加入交联剂戊二醛后搅拌I~20 min使其溶解，然后于40~85°C下交联反应0.5~9小时；反应液冷却至室温，分别用乙醇、二次水依次浸泡，得到大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶。
2.如权利要求1所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:所述大豆分离蛋白粉的为粒度50~100目。
3.如权利要求1或2所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:大豆分离蛋白粉与甲基丙烯酸-2-羟乙酯的质量比为1:0.5~1:5。
4.如权利要求1或2所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:所述碱溶液为浓度I~10 mol/L的尿素溶液或氢氧化钠水溶液。
5.如权利要求1或2所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:所述引发剂过硫酸钾的用量为大豆分离蛋白粉质量的I~5%。
6.如权利要求1或2所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:交联剂N，N '-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为大豆分离蛋白粉质量的I~20%。
7.如权利要求1或2所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于:交联剂戊二醛的加入量为大豆分离蛋白粉质量的10~100%。
8.如权利要求1所述大豆分离蛋白/高分子互穿网络水凝胶作为药物控释载体的应用。
【文档编号】C08F220/28GK103524764SQ201310449288
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】王荣民, 李榕, 何玉凤, 马琼, 徐知丽 申请人:西北师范大学