具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子及制备方法与流程

文档序号：12433102阅读：436来源：国知局

本发明属于有机/无机复合功能材料技术领域，具体涉及一种具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子及其制备方法。

背景技术：

水凝胶是一种具有空间三维结构，能够吸水溶胀的聚合物软材料。根据应用环境或用途的不同，它的化学性能、力学性能及生物相容性等性能都可以根据需要进行调节。水凝胶在生物组织工程、药物释放领域极具应用前景。水凝胶可以作为仿生材料，在生物体内模拟类似于皮肤、软骨等无血管的组织；还可以利用其作为载体，通过凝胶内部的空洞和通道进行药物分子的吸收及释放。

温度响应性水凝胶是一类能够根据外环境温度的变化调节自身性能的智能材料。常见的温度响应性水凝胶的聚合物网络构象可以根据温度变化进行调节，它们都具有一个临界溶解温度，在此温度以上和此温度以下，凝胶网络可以实现完全的收缩或舒张构象。

磁性纳米粒子通常是指直径小于100nm的零维纳米材料。它们具有极大的比表面积，而且由于其尺寸较小，通常具有超顺磁特性，因此被广泛用于核磁显影成像、药物靶向释放、肿瘤热疗等领域。

温度响应磁水凝胶纳米粒子则结合了上述材料的优势。它们具有：1)较小的尺寸(根据制备方法的不同，尺寸也有不同，但通常直径都小于500nm)；2)温度响应特性。即通过变换温度，凝胶网络构象会发生变化；3)一定的磁性能。通过施加外来磁场，能够实现该纳米粒子的定向移动和富集。

这类材料在药物控制释放领域具有极强的应用价值。首先，将药物分子负载于凝胶纳米粒子内部。其次，将负载了药物的纳米粒子通过磁场在生物体内移动和定位。最后，通过改变磁场场强，使得纳米粒子内部的磁性粒子升温，引起水凝胶网络的构象变化，负载的药物将被释出，从而实现药物分子的精准靶向释放。

目前，在磁性纳米粒子表面构筑水凝胶层的方法仍有以下三个问题需要解决或优化：1)构筑步骤较为繁琐；2)构筑方法可控性较差；3)制备过程中磁性纳米粒子的稳定性需要保持。例如已公开专利No.105251456A报道了一种将多羟基高聚物和一种含氮高聚物作为载体分散于含有磁性物质铁、钴和/或镍离子的溶液中，然后向溶液中加入沉淀剂氢氧化钠，制得的磁性凝胶小球。该专利中凝胶层对于磁性纳米粒子的吸附完全取决于分子间作用力，因此循环次数只能达到1-10次，稳定性尚需提高。已授权专利No.102875823B报道了一种通过聚合交联预先制备块状凝胶，再研磨形成为磁性微凝胶的方法。但该方法无法制备得到纳米级别的磁性凝胶粒子。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子的制备方法。

本发明的技术方案如下：

具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子的制备方法，包含如下步骤：

(1)、合成含有高效吸附单元以及含有交联点的温度响应性单元的二元功能接枝共聚物；

(2)、利用共聚物中的高效吸附单元将共聚物分子吸附在磁性纳米粒子表面；

(3)引入交联剂，将温度响应性单元的分子结构锁定，形成凝胶层。

下述份数均为质量份数：

(1)、将10～30份的聚合物主链，20～40份含有交联点的温度响应单元，5～10份功能多巴胺单体共同溶解在40～120份溶剂A中，加入0.05～0.2份催化剂，惰性气体鼓泡10～60分钟，之后在35～60℃下搅拌反应6～48小时，利用透析技术，将反应液透析6～72小时，再冷冻干燥，得到二元功能接枝共聚物；

(2)、将60～120份的二元功能接枝共聚物和10～40份的磁性纳米粒子共同溶解并分散在10～40份的溶剂B中，室温下搅拌20～80分钟，旋转蒸发除去溶剂B，再将沉淀物分散于去离子水中，对分散液进行磁吸，倾倒除去未吸附的溶液，重新注入5～25℃的去离子水，该步骤中，磁吸-倾倒-注水-磁吸的过程反复操作2～5次，最后一次，加入pH为4.0～8.0的磷酸缓冲液，得到磁性纳米粒子的水分散液。

(3)、在磁性纳米粒子的水分散液中加入60～180份的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和30～120份的N-羟基琥珀酰亚胺，在5～25℃下搅拌30～120分钟，搅拌完毕后，磁吸，倾倒出未吸附的溶液，再加入pH为4.0～8.0的含有5～60份的交联剂的磷酸盐缓冲液，5～25℃下搅拌反应2～12小时，反应完毕后，对分散液进行磁吸，倾倒除去未吸附的溶液，重新注入5～25℃的去离子水，升温至40～60℃，该步骤中，磁吸-倾倒-注水-升温-磁吸的过程反复操作2～5次，得到具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子。

步骤(1)所述的二元接枝共聚物，其分子结构中，含有交联点的温度响应单元和功能多巴胺单体之间的质量比介于2.2:1.0～5.8:1.0之间；

步骤(1)所述的溶剂A为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种；

步骤(1)所述的催化剂为N,N,N,N,N-五甲基二乙烯基三胺/氯化亚铜(PMDETA/CuCl，其中二者质量比优选为1:1～5:1)，抗坏血酸钠/硫酸铜(NaVc/CuSO₄，其中二者质量比优选为1.5:1.0～7.5:1.0)中的一种；

步骤(1)所述的聚合物主链的聚合度为2000～6000，为末端为叠氮基的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(P(GMA-N₃))、末端为叠氮基的聚丙烯酸缩水甘油酯(P(GA-N₃))、末端为炔基的聚甲基丙烯酸羟乙酯(P(HEMA-C≡CH))、末端为炔基的聚丙烯酸羟乙酯(P(HEA-C≡CH))中的一种；

所述的含有交联点的温度响应单元的聚合度为2000～12000，含有交联点的温度响应单元包括摩尔比为1:1000～50:1000的交联点单体和温度响应单体，含有交联点的温度响应单元，为末端为炔基或叠氮基的聚N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的无规共聚物(P(NIPAAm-co-AA)-C≡CH或P(NIPAAm-co-AA)-N₃)、末端为炔基或叠氮基的聚N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规共聚物(P(NIPAAm-co-GMA)-C≡CH或P(NIPAAm-co-GMA-N₃)中的一种；

所述的功能多巴胺单体为炔基多巴胺(DOPA-C≡CH)或叠氮基多巴胺(DOPA-N₃)中的一种；

其中聚合物主链A以及含有交联点的温度响应单元的合成参考已公开专利文献No.103755968A，功能多巴胺单体的合成参考论文文献Chemistry-European Journal.2013,19(26):8673-8678；

步骤(2)所述的磁性纳米粒子的合成参考论文文献ACS Nano,2012,6(1):389-399；

步骤(2)所述的溶剂B为二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、二甲苯中的一种。

步骤(3)所述的交联剂为乙二胺、双氨基聚乙二醇(重均分子量优选为200～700Da)中的一种。

本发明的原理是：

通过可控的聚合手段所合成的二元接枝共聚物，其主链上接枝有多巴胺单元，多巴胺分子结构中特有的邻苯二酚基团能够和磁性纳米粒子表面的离子迅速发生配合，将接枝共聚物吸附在磁性纳米粒子表面，形成核壳结构，但仅仅是这种单纯的吸附并不稳定。通过交联温度响应性单元中所含的交联点，能够固化这种核壳结构，从而形成温度响应性凝胶层。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)二元功能聚合物具有连续的、大量的吸附位点，可以迅速在磁性纳米粒子表面产生吸附效果，吸附过程温和简便，不会对磁性纳米粒子结构和性能产生负面影响；

(2)二元功能聚合物对于磁性纳米粒子的包裹较为全面，可基本实现对磁性纳米粒子的单分散包裹，凝胶粒子的循环性能持续且稳定；(3)所制备的磁水凝胶纳米粒子的温度响应性能及溶胀行为，均可以通过调节二元功能接枝共聚物中含有交联点的温度响应单元的结构来实现，其交联点的数目，单元的长度均可以根据不同的需要，在合成过程中预先调节。

附图说明

图1一种具有温度响应性的核壳结构磁水凝胶纳米粒子的制备方法示意图；

图2由实施例4制备得到的磁水凝胶纳米粒子的扫描电子显微镜照片(未染色)；

图3由实施例4制备得到的磁水凝胶纳米粒子的直径随温度的循环变化图。

具体实施方式

以下结合附图进一步对该制备方法做详细描述。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中使用的原料如下：

实施例1