一种利用巯基-烯点击体系制备聚乙二醇网络凝胶的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子合成方法领域，涉及到一种利用巯基-烯点击体系制备聚乙二醇网络凝胶的方法。
【背景技术】
[0002]聚合物凝胶网络结构，有着与人体组织高度的相似性、生物相容性及对营养物和代谢物的高渗透性。近些年来它在药物控制释放、物质分离、组织工程支架、调光材料、以及医用移植器官等领域的研宄已取得了极大的发展。水凝胶是由亲水性高分子相互交联而成，能快速汲取并保持大部分水份且不溶于水的聚合物三维网络结构。一些小分子物质能在聚合物三维网络间隙中移动，类似于生物体中的生物膜进行信息和物质的传递。因此具有类似生物组织膜功能的高强度、精确分子结构和功能的聚合物网络在生物医疗材料领域受到越来越多的关注，如仿生器官:人造血管、肾脏和皮肤等方面具有潜在的应用前景。传统水凝胶由于无法承受如此大的挤压冲击，限制了水凝胶在仿生器官，特别是具有膜功能仿生器件方面的发展与应用。因此制备可用于仿生组织器件的水凝胶不仅要具有规整、可控的分子结构使其具有高的机械强度，而且水凝胶必须能够承受大的挤压冲击。使其在仿生器官，特别是具有膜功能仿生器件方面得以应用。因此，高强度和生物相容性的多功能聚合物凝胶网络在未来的生物医学领域将有举足轻重的作用。
[0003]点击化学自2001年由Sharpless提出后，由于其其应用范围广、高效、可靠、高选择性的特点迅速成为药物和高分子材料合成的新方法。随着对点击化学研宄的深入，其反应类型在不断增多，应用范围也在不断扩大。自由基或亲核试剂引发的巯基-烯反应作为其中一种新型的点击反应具有点击化学的所有特性。截至目前，点击化学应用最为成熟的是叠氮化物与末端炔在Cu(I)催化下生成1，2，3-三唑化合物，即CuAAC，然而CuAAC反应由于使用了 Cu(I)作为催化剂，使得产物中会残留重金属Cu ;另有报道称由于催化剂Cu(I)的存在诱导了病毒或寡核苷酸的降解这将在很大程度上限制该反应在生物材料以及药物载体等方面的应用。在此背景下，学界被不用金属催化的巯基-烯这一类点击反应所吸引，巯基-烯反应便成为大家关注的焦点，其凭借自由基反应的快速、简单，时空可控并对氧不敏感等优点，在固化(硫化)反应和聚合物改性中成为一种高效的工具。该技术已经渗透到生命、药物、高分子、功能材料、表面改性等诸多领域。胺基-环氧点击聚合反应是一种高效的、简单可靠的且具有选择性的化学反应，在温和的条件下快速合成各类规整长链的大分子聚合物，用这种方法合成的聚合物无需特殊复杂的提纯过程，操作简单等优点。近年来，胺基-环氧点击聚合反应为设计合成具有复杂结构和功能的高分子化合物提供了新的途径。
[0004]巯基-烯点击体系不仅具备点击化学的优点而且还克服了传统点击化学方法(CuAAC)制备的凝胶网络的缺点，即以引发剂引发自由基反应为催化介质，充分将引发剂引发过程的优点和传统的点击反应的特点相结合。因此，利用巯基-烯点击体系制得的聚合物网络凝胶材料不仅具有规整网络结构和高强度，而且能避免过渡金属催化带来的生物毒性。传统点击方法制备的聚合物凝胶材料不能满足这些特殊功能的要求，限制了聚合物凝胶材料在生命、环境和医学科学功能材料方面的潜在应用。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明提供一种通过控制聚合物链连接点的位置，从而得到需要的“设计性”缺陷少且时空可控、网络结构规整、强度高的利用巯基-烯点击体系制备聚乙二醇网络凝胶的方法。
[0006]技术方案:本发明的利用巯基-烯点击体系制备聚乙二醇网络凝胶的方法，包括以下步骤:
[0007]I)首先在反应器中加入以下反应物:含有三个或三个以上多端不饱和碳碳双键的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)X、至少含有两个端巯基的聚乙二醇衍生物PEG(SH)y和溶剂，其中PEG为高聚物聚乙二醇链，X多3，y多2，待加入的反应物溶解分散均匀后，加入自由基引发剂；
[0008]所述有机化合物PEG(C = CH2)x、PEG(SH)y、自由基引发剂的摩尔比为(100:80x/y:5)?(100:120x/y:40)；
[0009]2)将所述步骤I)配制的溶液在氮气的保护下，在40?160°C或紫外光照条件下反应2分钟?24小时，得到聚合物网络；
[0010]3)将上述聚合物网络取出，放入亲水性溶剂中去除残留在聚合物网络中的未反应的反应物，干燥后即得到规整的聚合物网络，所述亲水性溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇或水。
[0011]本发明方法中，步骤I)中的自由基引发剂为偶氮类引发剂、过氧化类引发剂、氧化还原类引发剂、自由基光引发剂。如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁酸二甲酯、2，2-偶氮双(4-甲氧-2，4- 二甲基戊腈)、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化叔戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环已酯、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾或过硫酸铵、安息香醚类、二烷氧基苯乙酮、占吨酮、含硫醚二苯甲酮类、硫杂蒽酮、蒽醌和二苯甲酮及其衍生物中的一种或几种的组合等。
[0012]本发明方法中，步骤I)中加入的自由基引发剂为热引发剂或光引发剂。
[0013]本发明方法中，步骤I)中如果加入光引发剂，那在步骤I)和2)中体系需在无光条件下溶解混合均匀直至光照引发聚合。
[0014]本发明方法的优选方案中，步骤I)中利用巯基-烯点击体系制备聚乙二醇网络凝胶反应体系的溶剂为以下任一种:甲苯、乙酸乙醋、苯甲醚、1，2-二氯乙烷、N，N’-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1，4- 二氧六环、三甲苯、水、氯仿。优选自N，N’- 二甲基甲酰胺，四氢呋喃，I, 4- 二氧六环，三甲苯。
[0015]本发明方法的优选方案中，步骤I)中的含有多端不饱和碳碳双键的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)x是按照以下方法合成的:先将聚乙二醇和环氧氯丙烷反应生成二端环氧基聚乙二醇衍生物，再将所述二端环氧基聚乙二醇衍生物与烯丙胺类有机小分子化合物进行胺基-环氧聚合反应，生成多端不饱和碳碳双键的PEG (C = CH2) x。
[0016]本发明方法的优选方案中，步骤I)中合成含有多端不饱和碳碳双键的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)x时采用的聚乙二醇的分子量为200?20000。
[0017]本发明方法的优选方案中，步骤I)中合成含有多端不饱和碳碳双键的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)X的胺基-环氧聚合反应中，二端环氧基聚乙二醇衍生物与烯丙胺类有机小分子化合物的摩尔比为1:1。
[0018]本发明方法是通过胺基-环氧聚合反应控制聚合物链连接点的数量与位置，再利用巯基聚乙二醇衍生物与不饱和碳碳双键聚乙二醇衍生物在自由基引发剂下产生自由基，制备结构规整的高强度聚合物网络。本发明方法制备的规整性聚合物网络结构，克服了传统通过过渡金属点击化学制备凝胶机械性能不高，生物相容性差等缺点。
[0019]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0020]1.本发明为利用巯基-烯点击体系制备具有高强度规整分子结构和功能性的聚乙二醇网络网络提供了一种可行的方法，方法简单易行，反应高效快速，反应条件温和；
[0021]2.本发明利用自由基引发速率与温度或紫外光照的关系，这种关系使其在形成聚乙二醇聚合物网络时在时间和空间上具有可控性，从而合理地利用不同引发剂与不同引发条件下控制聚合物凝胶化时间，这是传统工艺难以实现的。
[0022]3.本发明的方法利用胺基-环氧聚合反应可以调节交联点的数目和位置，再利用巯基-烯点击的方式使目标聚合物在预期的交联点位置上反应。这种方法可以通过调节聚合物链连接点的位置和网络体系的交联度，从而得到需要的“设计性”网络结构。
[0023]4.本发明制备的聚乙二醇凝胶网络，充分结合了击化学反应与胺基-环氧聚合反应的特点。这种方法制备的凝胶网络通过增加交联点大大减少了微观缺陷的生成、杜绝了宏观缺陷的生成，提高了聚合物凝胶网络的强度，这是现有的方法没有办法实现的。本发明提供的高强度聚乙二醇网络凝胶网络的方法，为聚乙二醇网络凝胶在人造器官领域的应用提供了可能。
[0024]5.本发明制备的聚乙二醇凝胶网络，充分利用巯基和烯无铜点击反应体系，能避免过渡金属催化带来的生物毒性，为凝胶材料在仿生材料、生物分离和药物释放领域的应用提供了可能。
[0025]6.本发明制备的聚乙二醇凝胶网络，具有粘接性、隔热性、高折射率、氧化惰性、生物降解性和耐水解性等优异性能，在功能高分子材料方面具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0026]下面通过实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。本发明的范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求的范围加以限定。
[0027]实施例1:
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