专利名称：光响应的聚合物微球体系及其制备方法
技术领域：
本发明涉及智能高分子材料(响应型高分子材料)领域，特别涉及一种在表面活性剂、生物医药领域，机密传输领域和商标、钞票防伪等方面具有潜在应用价值的响应型聚合物微球体系材料与其实施方法。
背景技术：
近年来，聚合物微球，尤其是由两亲性(疏水性和亲水性)聚合物通过自组装的方法形成的微球引起了人们极大的研究兴趣。与低分子量表面活性剂所形成的微球相比，双亲性聚合物微球具有临界微球浓度更低，热力学更稳定等优点(Supramol. ki.， 1996,3,157-163 ；Langmuir,2002,18,3780-3786 ；Biomacromoles,2005,6,1154-1158.)。 因此在生物工程、生物医学(如药物控制释放)等领域具有广阔的应用前景(Discher， D. Ε. ；Eisenberg, A. Science 2002,297,967 ；Haag, R. Angew Chem Int Ed 2004,43,278 ； Torchilin, V. P. Adv. Drug Deliv Rev 1995，16，295.)。通常来说，一个理想的药物控制释放过程包括以下三步第一步是将药物稳定的封装在高分子微球当中。这意味着当药物进入人体内后，微球要保护药物在到达指定患处之前不至于过快的泄漏掉。第二步是微球能够选择性的到达患处。第三步是到达患处后，药物从微球中释放出来发挥疗效。其中，第三步的药物释放方式既可以通过微球材料的降解缓慢进行，也可以通过外界的刺激瓦解微球来进行。近年来研究比较多的响应性微球主要为对PH或温度敏感的微球体系(Gillies， Ε. R. ；Frechet, J. Μ. J. Chem Commun 2003,1640 ；Bellomo, Ε. G. ；ffyrsta, Μ. D. ；Pakstis, L. ；Pochan, D. J. ；Deming, Τ. J. Nat Mater 2004, 3, 244 ；Chung, J. E. ；Yokoyama, Μ. ；Okano, Τ. J. Control Release 2000,65,93-103 ；Schilli, C. Μ. ；Zhang, Μ. ；Rizzardo, Ε. ；Thang, S. H. ；Chong, Y. K. ；Edwards, K. ；Karlsson, G. ；Muller, A. H. E. Macromolecules 2004, 37，7861.)。但，能对光产生响应的聚合物微球体系却相对很少。赵越等人率先开发研究了两类光响应的聚合物微球。在第一类中，赵越等人合成了一种叫做聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸与聚甲基丙烯酸酯偶氮苯的三元共聚物，当在紫外光照射下，发色基团偶氮苯由反式转化为顺式，这一改变导致了聚甲基丙烯酸酯偶氮苯的极性显著的增加，这就使得疏水部分聚甲基丙烯酸酯偶氮苯不足以成为微球形成的驱动力，进而导致微球的瓦解。当在可见光照射下，偶氮苯由反式转化为顺式，胶束再次形成(Wang，G. ；Tong, X. ；Zhao, Y. Macromolecules 2004，37，8911-8917)。在另一类中，他们合成了一种聚氧化乙烯与聚 1-芘基甲基聚丙烯酸酯的共聚物。在紫外光照射下，聚1-芘基甲基聚丙烯酸酯部分的酯键断裂，进而转变为羧基。这使得原本疏水部分聚1-芘基甲基聚丙烯酸酯转变为亲水的聚甲基丙烯酸。从而使整个聚合物体系变得完全亲水，进而使得胶束瓦解(Jiang，J.Q. ；Tong, X. ； Zhao, Y. J.Am. Chem. Soc. 2005,127,8290-8291 ；Zhao, Y. The Chemical Record 2007， 7,286-294.)。但，第一类光响应微球由于聚合物疏水部分的比例和性质不容易精确控制， 所以微球在紫外光下的瓦解常常不够彻底，响应不够有效。而第二类光响应微球虽然响应彻底，但其响应行为不可逆，微球一旦瓦解就不能再重新生成，同时光照使疏水部分从主链上脱落需要破坏共价键，需要较高的能量和较长的时间，这无疑会限制光控微球应用范围， 增加其制备成本。
发明内容
针对现有技术光响应聚合物微球的研究现状和不足，本发明的目的是提供一种光响应彻底并且微球形成与瓦解过程可逆的光响应的聚合物微球体系。本发明的上述目的可通过下述技术方案得以实现本发明提供的光响应的聚合物微球体系，为含有以下三种组分的溶液环糊精、在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物、以及含疏水烷基链的两亲性聚电解质(即同时含有亲水和疏水链段的聚电解质)，其中环糊精的重量浓度为0. 1-40.0%, 偶氮类合成物的重量浓度为0. 1-20. 0 %，两亲性聚电解质的重量浓度为0. 1-10. 0 %，体系在可见光照射环境下聚合物微球形成，在紫外光照射环境下体系中的聚合物微球瓦解。上述技术方案的优选方案环糊精的重量浓度为0. 5-10. 0%，偶氮类合成物的重量浓度为0. 5-5. 0%，同时含有亲水和疏水链段的聚电解质的重量浓度为0. 5-3. 0%。在上述技术方案中，所述的含疏水烷基链的两亲性聚电解质可为阴离子两亲性聚电解质、阳离子两亲性聚电解质或两性离子两亲性聚电解质。两亲性聚电解质最好选用其烷基疏水链侧链碳原子个数为2-20的两亲性聚电解质。两亲性聚电解质具体可选自但不限于聚丙烯酸、海藻酸、壳聚糖、聚赖氨酸、明胶、羧甲基魔芋葡甘聚糖和羧甲基纤维素等。在上述技术方案中，所述的环糊精最好是由不少于6个的吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚糖及其衍生物。环糊精可进一步具体自但不限于α-环糊精、β-环糊精、Y-环糊精、羟丙基β -环糊精，以及相应的环糊精二聚物、三聚物及多聚物等。在上述技术方案中，所述的在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物可以是含偶氮苯基团的小分子或聚合物。作为偶氮苯衍生物的范围十分广泛，可选自但不限于偶氮苯、单羧基偶氮苯、二羧基偶氮苯、单羟基偶氮苯、二羟基偶氮苯、羟甲基偶氮苯等小分子及偶氮苯接枝聚丙烯酸，偶氮苯接枝聚氧化乙烯，偶氮苯接枝海藻酸钠等聚合物。上述光响应的聚合物微球体系的制备方法，主要包括以下步骤(1)将含疏水烷基链的两亲性聚电解质溶于溶剂配制成设定重量浓度的溶液，然后充分搅拌使之形成微球；(2)接步骤⑴按设定的环糊精重量浓度加入环糊精，搅拌使之溶解；(3)接步骤( 按设定的偶氮类合成物重量浓度加入偶氮类合成物，充分溶解即得到光响应的聚合物微球体系。在上制备方法中，当步骤(1)得到的微球溶液中存在未形成微球的残留聚电解时，在加入环糊精之前，须对所得到的微球溶液进行透析，除去未形成微球的残留聚电解质。在上制备方法中，当步骤(1)得到的微球溶液其PH值与加入环糊精组分不相适应时，在加入环糊精之前需要调整微球溶液的PH值，使其调至与加入的环糊精相适应。上述光响应的聚合物微球体系，其实施所用的紫外光及可见光，其功率范围一般为1-3000W，紫外光的照射时间一般在3s-72h，可见光的照射时间一般在10s_72h。
本发明提供的光响应的聚合物微球体系，是一个包含有环糊精、偶氮类分子，以及同时含有亲水和疏水链段的聚电解质的三元复合物体系。该体系是利用偶氮类合成物在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构，并与环糊精产生选择性包合的特点，通过含疏水烷基链的两亲性聚电解质、环糊精及偶氮类合成物三元体系之间的选择性包合与自组装制备和瓦解微球。在可见光照射的环境下，偶氮类合成物处于反式结构，环糊精会优先与其产生包合，体系中含疏水烷基侧链的两亲性聚电解质在水中自聚集形成聚合物微球。而在紫外光照射下，偶氮类合成物由反式结构转为顺势结构，原来的偶氮类合成物-环糊精包合物因此发生解包合，解包合后的环糊精与含疏水侧链的两亲性聚电解质中的烷基侧链发生包合，导致疏水部分水溶性增加，于是聚合物微球瓦解。附图1为本发明所述聚合物微球随可见光与紫外光变化形成与瓦解的原理示意图。本发明提供的光响应聚合物微球体系，其微球的形成与瓦解通过分子识别和高分子自组装的方法实现，具有制备条件温和、微球的形成和瓦解可逆、并迅速可控和透光性改变显著的特点，完全克服了现有技术的微球体系存在的，或在紫外光下瓦解不够彻底，响应不够有效，或响应行为不可逆，微球一旦瓦解就不能再重新生成，微球瓦解需要较高的能量和较长的时间等缺陷。本发明的光响应聚合物微球体系能够在药物传送、药物缓释等生物医药领域及商标、钞票甚至军事、国防等防伪领域有广阔的应用前景。
附图1为本发明的聚合物微球随可见光与紫外光变化形成与瓦解的原理示意图附图2为实施例1 (海藻酸钠/十四烷基三甲基溴化铵/ α -环糊精/单羧基偶氮苯)聚合物微球的扫描显微镜照片。附图3为实施例1 (海藻酸钠/十四烷基三甲基溴化铵/ α -环糊精/单羧基偶氮苯)聚合物微球对紫外-可见光的响应曲线。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作出进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。 在下述各实施例中，所述浓度除特别说明外均为重量浓度。实施例1将海藻酸钠-十四烷基三甲基溴化铵复合物溶于MES溶液中(浓度为5 % )，搅拌 30分钟可得聚合物形成微球。然后将液体的PH调至14，加入α-环糊精(浓度为5%)， 然后向体系中加入单羧基偶氮苯(浓度为1. 25% )，即可得到具有紫外-可见光响应的聚电解质微球。其聚合物微球的结构与尺寸如附图2中扫描显微镜照片所示。对紫外-可见光的响应当将所得微球体系置于500W的紫外灯下10分钟后，体系透光率由65%上升至95%，说明体系中微球瓦解。当再次置于500W的白炽灯下10分钟后，体系透光率由95%下降至55%，说明微球再次生成。如附图3所示，这种微球瓦解与形成的过程可随紫外-可见光的变化可多次重复。实施例2将接枝十二烷基的聚丙烯酸(接枝率15% )溶于水配制成浓度为1.5%的水溶液，搅拌3小时使之形成微球。再加入羟丙基环糊精(浓度为1%)，搅拌使之溶解。然后向体系中加入二羧基偶氮苯(浓度为0. 125%),即可得到具有紫外-可见光响应的聚电解质微球。对紫外-可见光的响应当将所得微球体系置于200W的紫外灯下1小时分钟后， 体系透光率由50%上升至90%，说明体系中微球瓦解。当再次置于200W的白炽灯下1小时分钟后，体系透光率由90%下降至60%，说明微球再次生成。这种微球瓦解与形成的过程可随紫外-可见光的变化可多次重复。实施例3将接枝十四烷基的聚赖氨酸溶于水溶液中(海藻酸钠浓度为0. 5% )，搅拌3小时使之形成微球。然后将上述液体的PH调至4，加入α-环糊精(浓度为3%)，搅拌使之溶解。然后向体系中加入单羟基偶氮苯(浓度为0.75%)，即可得到具有紫外-可见光响应的聚电解质微球。对紫外-可见光的响应当将所得微球体系置于600W的紫外灯下10分钟后，体系透光率由40 %上升至79 %，说明体系中微球瓦解。当再次置于200W的白炽灯下1小时分钟后，体系透光率由79%下降至47%，说明微球再次生成。这种微球瓦解与形成的过程可随紫外-可见光的变化可多次重复。实施例4先将聚二甲基二烯丙基氯化铵溶于MES溶液中(浓度为1.0%)，然后加入月桂酸 (浓度为0. 5% )，搅拌30分钟，形成同时含有亲水和疏水链段的聚电解质体系。将所得溶液透析48h，除去残留的部分月桂酸可得聚合物微球。将上述透析后的液体的pH调至14， 加入环糊精(浓度为5%)，搅拌使之溶解。然后向体系中加入单羟基偶氮苯(浓度为 1.0%),即可得到具有紫外-可见光响应的聚电解质微球。对紫外-可见光的响应当将所得微球体系置于500W的紫外灯下10分钟后，体系透光率由50%上升至80%，说明体系中微球瓦解。当再次置于300W的白炽灯下1小时后，体系透光率由80%下降至60%，说明微球再次生成。这种微球瓦解与形成的过程可随紫外-可见光的变化可多次重复。实施例5先将聚合物A溶于MES溶液中(浓度为1.0%)，然后加入正癸酸(浓度为0.4%)， 搅拌30分钟。将所得溶液透析48h，同时含有亲水和疏水链段的聚电解质。除去残留的部分正癸酸可得聚合物微球。将上述透析后的液体的PH调至12，加入α-环糊精(浓度为 12%)，搅拌使之溶解。然后向体系中加入单羧基偶氮苯(浓度为5%)，即可得到具有紫外-可见光响应的聚电解质微球。对紫外-可见光的响应当将所得微球体系置于400W的紫外灯下50分钟后，体系透光率由40%上升至83%，说明体系中微球瓦解。当再次置于200W的白炽灯下1小时后，体系透光率由83%下降至50%，说明微球再次生成。这种微球瓦解与形成的过程可随紫外-可见光的变化可多次重复。
权利要求
1.一种光响应的聚合物微球体系，其特征在于为含有以下三种组分的溶液环糊精、在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物、以及含疏水烷基链的两亲性聚电解质，其中环糊精的重量浓度为0. 1-40.0%，偶氮类合成物的重量浓度为 0. 1-20. 0 %，两亲性聚电解质的重量浓度为0. 1-10. 0 %，体系在可见光照射环境下聚合物微球形成，在紫外光照射环境下体系中的聚合物微球瓦解。
2.根据权利要求1所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于环糊精的重量浓度为0. 5-10. 0%，偶氮类合成物的重量浓度为0. 5-5. 0%，两亲性聚电解质的重量浓度为 0. 5-3. 0%。
3.根据权利要求2所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于所述的两亲性聚电解质为阴离子两亲性聚电解质、阳离子两亲性聚电解质或两性离子两亲性聚电解质。
4.根据权利要求3所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于所述的两亲性聚电解质的烷基疏水链为侧链碳原子个数2-20的烷基疏水链。
5.根据权利要求1至4之一所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于所述的环糊精为由不少于6个的吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚糖及其衍生物。
6.根据权利要求1至4之一所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于所述的可以在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物为含偶氮苯基团的小分子或聚合物。
7.根据权利要求5所述的光响应的聚合物微球体系，其特征在于所述的可以在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物为含偶氮苯基团的小分子或聚合物。
8.权利要求1至7之一所述的光响应的聚合物微球体系制备方法，其特征在于主要包括以下步骤(1)将含疏水烷基链的两亲性聚电解质溶于溶剂配制成设定重量浓度的溶液，然后充分搅拌使之形成微球；(2)接步骤(1)按设定的环糊精重量浓度加入环糊精，搅拌使之溶解；(3)接步骤( 按设定的偶氮类化合物重量浓度加入偶氮类合成物，充分溶解即得到光响应的聚合物微球体系。
9.根据权利要求8所述的光响应的聚合物微球体系制备方法，其特征在于对步骤(1) 得到的微球溶液进行透析，除去未形成微球的残留聚电解质。
10.根据权利要求8或9所述的光响应的聚合物微球体系制备方法，其特征在于在加入偶氮类化合物组分之前，将微球溶液的PH值调至与加入的偶氮类化合物相适应。
全文摘要
本发明公开一种光响应的聚合物微球体系及其制备方法，其体系为含有环糊精、在紫外光与可见光分别照射下产生顺反异构的偶氮类合成物、以及含疏水烷基链的两亲性聚电解质的溶液，体系在可见光照射环境下形成聚合物微球，在紫外光照射环境下体系中的聚合物微球瓦解。其制备是先将两亲性聚电解质的溶于溶剂，充分搅拌微球溶液，然后加入环糊精搅拌使之溶解，最后加入偶氮类合成物，溶解后即制得光响应的聚合物微球体系。发明提供的光响应聚合物微球体系，具有制备条件温和、微球的形成和瓦解可逆、并迅速可控的特点，在药物传送、药物缓释等生物医药领域及商标、钞票甚至军事、国防等防伪领域有广阔的应用前景。
文档编号C08J3/28GK102443199SQ20111028353
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者张晟, 李帮经, 董振强 申请人:四川大学