一种光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制备方法

文档序号:8483081
一种光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能型水凝胶、药物载体和医用创伤敷料材料领域。特别涉及制备 光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是具有交联网状结构的聚合物形成的以水为分散介质的凝胶。作为一种环 境友好的智能材料,水凝胶得到了广泛研宄与应用。由于其良好的生物相容性与低细胞毒 性,水凝胶在生物医药材料领域的应用最具前景,如医用外伤敷料和人造组织等。智能型水 凝胶是一类对外界刺激如温度、PH值、溶剂、离子强度、光、化学物质等能产生敏感响应的水 凝胶,在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶 的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景。
[0003] 光响应型水凝胶,将光与运动结合起来,利用光波长的变化,可以调控水凝胶吸水 率和溶胀率等基本性质,有望实现光能和动能的能量转化以及人造肌肉的制备等。现有的 技术主要以自由基聚合的方式制备光响应型水凝胶,即选用常用的亲水单体如丙烯酸、丙 烯酰胺等与双或多官能度的丙烯酸酯类交联剂在加热或光照的条件下,以自由基引发聚 合,形成聚合物的交联网络,而光响应性的物质可以制备成单体参与聚合,或与聚合后的预 聚体、交联网络等反应接枝在交联网络中,或以小分子的形式与交联网络主体发生分子间 相互作用。这类水凝胶制备方法复杂,成型性差,强度低,易碎裂,限制了其实际应用。
[0004] Akira Harada 等(Hiroyasu Yamaguchi e t al. , Nature Communication, 2011, 3:603and Yoshinori Takashima e t al. , Nature Communication, 2012, 3:1270)报道了一种丙稀酰胺类水凝胶,分别将偶氮苯和环糊精进行 单官能化制备了含有丙烯酸酯键的偶氮苯和环糊精单体,然后通过自由基聚合的方式将偶 氮苯和环糊精单体引入水凝胶中,这类水凝胶可以在宏观下发生紫外-可见光控制的可逆 自组装行为,并且吸水率和溶胀率受到光照波长的影响发生可逆变化,进而引发可控形变, 是一种有望制备人造肌肉的智能材料。但是这类水凝胶的强度低(1~IOkPa),并且偶氮苯 和环糊精的单体制备步骤多,条件较苛刻。
[0005] 以聚乙二醇和二异氰酸酯为原料可以制备一种亲水型聚氨酯,向其中引入含氮或 含羧基的多元醇可以制备温度、PH敏感的聚氨酯水凝胶;将聚氨酯与其他响应型聚合物共 混或共聚可以制备双网络水凝胶。这类含有聚氨酯的水凝胶相较于自由基法制备的水凝 胶,强度高,成形性好。但是关于光响应型聚氨酯水凝胶的研宄报道较少。
[0006] 本发明是为了解决现有技术中光响应水凝胶制备方法复杂,强度低的技术问题, 从而提高光响应型水凝胶的应用价值。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的是利用简单的方法,制备一种高强度的响应性智能水凝胶,降低制 备成本,增进该响应性水凝胶的实用性。
[0008] 本发明是通过下述技术方案实现:一种光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制 备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)预聚体的制备:将聚乙二醇和六亚甲基二异氰酸 酯溶解在无水N,N-二甲基甲酰胺中,加热至80~90°C后,滴入辛酸亚锡催化剂,反应2-4 小时;⑵交联网络的制备:将交联剂溶解于无水N,N-二甲基甲酰胺中,加入步骤⑴中制 得的预聚体,充分混合后倾倒至模具中,加热至80~90°C固化18-36小时;(3)后处理:交 联网络用有机溶剂浸泡36-60小时后,加热除去有机溶剂,随后浸泡在蒸馏水中24-36小 时,得到水凝胶。
[0009] 进一步,所述的聚乙二醇的分子量为2000~20000g/mol。
[0010] 进一步,反应原料中羟基和异氰酸酯基的摩尔比为1:1. 05~1.2。
[0011] 进一步,所述的催化剂用量为六亚甲基二异氰酸酯摩尔质量的1~1〇%。
[0012] 进一步,所述的交联剂为环糊精、偶氮苯和二硫代甘油,交联剂用量为反应原料总 质量的1~10%,反应原料指的是聚乙二醇和六亚甲基二异氰酸酯。
[0013] 进一步,其中环糊精为α-环糊精或β-环糊精,偶氮苯为式al~a3中的一种或 几种,二硫代甘油为3, 3' -二硫烷二取代二丙基-1,2-二醇,结构为式b :
[0014]
【主权项】
1. 一种光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)预聚体的制备:将聚乙二醇和六亚甲基二异氰酸酯溶解在无水N,N-二甲基甲酰胺中, 加热至80~90°C后,滴入辛酸亚锡催化剂,反应2-4小时;(2)交联网络的制备:将交联剂 溶解于无水N,N-二甲基甲酰胺中,加入步骤(1)中制得的预聚体,充分混合后倾倒至模具 中,加热至80~90°C固化18-36小时;(3)后处理:交联网络用有机溶剂浸泡36-60小时 后,加热除去有机溶剂,随后浸泡在蒸馏水中24-36小时,得到水凝胶。
2. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的聚乙二醇的分子量为2000~ 20000g/mol〇
3. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应原料中羟基和异氰酸酯基的摩 尔比为1:1. 05~1. 2。
4. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的催化剂用量为六亚甲基二异 氰酸酯摩尔质量的1~10%。
5. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的交联剂为环糊精、偶氮苯和二 硫代甘油,交联剂用量为反应原料总质量的1~10%,反应原料指的是聚乙二醇和六亚甲 基二异氰酸酯。
6. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,其中环糊精为a-环糊精或环 糊精,偶氮苯为式al~a3中的一种或几种,二硫代甘油为3, 3' -二硫烷二取代二丙 基-1,2-二醇,结构为式b :

7. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的浸泡交联网络的有机溶剂为 甲醇、乙醇、四氢呋喃中的一种或几种。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法所制得的光-还原剂双重响应型聚氨酯 水凝胶。
9. 权利要求8中所述的光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶在外伤敷料中的应用。
【专利摘要】一种光-还原剂双重响应型聚氨酯水凝胶的制备方法,涉及智能型水凝胶、药物载体和医用创伤敷料材料领域。该水凝胶制备步骤如下:将聚乙二醇和六亚甲基二异氰酸酯溶解在N,N-二甲基甲酰胺中,加入催化剂辛酸亚锡制备聚氨酯预聚体;向预聚体中加入环糊精、偶氮苯和二硫代甘油(3,3’-二硫烷二取代二丙基-1,2-二醇)的N,N-二甲基甲酰胺溶液为交联剂,得到交联网络;将交联网络依次浸泡于有机溶剂和水中,最终得到水凝胶。本发明制备工艺简单,原料成本低,适合大规模工业化生产。本发明的水凝胶,紫外光可以调节其药物负载能力,还原剂能调节其药物释放能力,能作为药物的载体,应用于医用创伤敷料领域。
【IPC分类】A61L15-26, C08G18-64, A61L15-42, C08G18-48, C08G18-32, C08G18-10, C08G18-66
【公开号】CN104804167
【申请号】CN201510185272
【发明人】李齐方, 李金泽, 周政
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月19日
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