一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及了一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶及其制备方法，其整体结构为嵌段型；制备中以小分子葡萄糖为原料，经过酯化反应，首先合成含有可聚合双键的糖基单体，然后以三硫代碳酸酯为链转移剂，通过可逆加成断裂链转移剂自由基聚合方法与光敏单体聚合制备了嵌段结构的光敏糖基智能水凝胶。通过本发明的方法制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控，而且本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性；本发明所制备的光敏水凝胶具有良好的光刺激响应性能。
【专利说明】一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]水凝胶是指一种主链或支链含有大量亲水性基团并吸附有大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物。水凝胶在水中溶胀但不溶解，在保持一定形状的同时含有大量水分。根据对环境刺激应答不同可分为对刺激不敏感的传统水凝胶和对刺激产生响应的环境敏感水凝胶，后者又称智能水凝胶。所谓智能性水凝胶，是指在外界物理和化学因素，如温度、pH、光、电、磁、声、力和化学物质等的刺激下自身体积和形状可以发生可逆变化的水凝胶。由于智能型水凝胶的独特响应性，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]光源具有清洁安全、容易使用和控制的特点，因此光敏水凝胶在诸如化学传感器、光控开关、显示装置、光控药物释放、固定化酶、组织工程等工业领域或生物医学领域都具有广阔的应用前景。与温敏、PH敏感性水凝胶相比，光敏水凝胶的研究开展地相对较晚。但由于光刺激可以保证连续性和精确性，故光敏水凝胶有其独特的优势:成型条件温和、形状任意调控、响应速度快、可以实现定域响应的目标，近年来该类水凝胶的研究受到普遍关注。该类水凝胶体积相转变是在光(如紫外光、可见光、红外线等)作用下发生的，而且响应过程具有可逆性:去掉光刺激后，凝胶即恢复原来状态。目前光敏水凝胶的响应机理有三种:一种是利用感光化合物见光分解，在凝胶内部产生大量离子，引起凝胶内部渗透压的突变，溶剂由外向内扩散，促使凝胶发生体积相转变。一种是温敏性凝胶与光敏分子形成复合体系，当凝胶吸收一定能量的光子后，光敏分子将光能转化为热能，使凝胶内部局部温度升高，当温度升高到凝胶的相转变温度时，引起凝胶的体积相转变。更常见的是在高分子主链或侧链引入光敏分子，通过光敏分子的异构化作用，引起分子构型的变化，进而使凝胶产生响应性。
[0004]由于大多数合成高分子的生物相容性和生物降解性较差，限制了其在生物医药方面的应用。于是具有良好生物相容性、无毒、环境友好，并具有较多活性基团的天然高分子近年来逐渐成为制备水凝胶的理想材料。与此相对应，与合成高分子相比，天然高分子水凝胶具有低毒性、良好的生物相容性、对环境敏感以及低廉的价格等优点，然而机械强度差，性能不稳定，易降解等不足还有待于改善。由此看见，将低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、优良的机械性能和环境敏感性这几点完美结合起来，制备出新型、绿色的智能水凝胶是今后努力的研究方向。糖类化合物作为一类天然可再生生物质资源，具有石油化工原料所不具备的良好的生物相容性、生物降解性、无毒、无刺激等优势，因此，引入糖基的光敏智能水凝胶具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了获得一种生物相容性良好的光敏智能水凝胶，通过引入葡萄糖小分子，制备了一类结构可控的嵌段结构光敏智能水凝胶。
[0006]本发明的技术解决方案是:
一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以葡萄糖为原料，经过与不饱和酰卤进行酯化反应制备糖基单体；采用的聚合方法为可逆加成断裂链转移自由基聚合，其中，可聚合双键的酯化试剂为丙烯酰氯，光敏感单体是4-丙烯酰氧基偶氣苯。
[0007]嵌段结构光敏糖基智能水凝胶的制备方法，制备步骤如下:
步骤一:将葡萄糖单体经过OH保护，与不饱和酰卤制备含有双键的可聚合糖基单体；步骤二:将三硫代碳酸酯链转移剂与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到一定量四氢呋喃中，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，加入光敏单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物；
步骤三:将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标嵌段结构光敏糖基智能水凝胶。
[0008]本发明与现有技术相比具有以下优点:1.制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控；2.本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性；3.所制备的光敏水凝胶具有良好的光刺激响应性能。
[0009]【专利附图】
【附图说明】:
图1为嵌段结构光敏糖基智能水凝胶的示意图。
[0010]【具体实施方式】:
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，下列实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0011]一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以葡萄糖为原料，经过与不饱和酰卤进行酯化反应制备糖基单体；采用的聚合方法为可逆加成断裂链转移自由基聚合，其中，可聚合双键的酯化试剂为丙烯酰氯，光敏感单体是4-丙烯酰氧基偶氮苯。
[0012]一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶的制备方法，制备步骤如下:
步骤一:将葡萄糖单体经过OH保护，与不饱和酰卤制备含有双键的可聚合糖基单体；步骤二:将三硫代碳酸酯链转移剂与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到一定量四氢呋喃中，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，加入光敏单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物；
步骤三:将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，如图1所示。
[0013]实施例1:
双丙酮葡萄糖丙烯酸酯的合成:在装有温度计回流冷凝管的250 mL的四口烧瓶中，加入干燥的无水丙酮150 mL和粉碎并干燥的葡萄糖9.0 g(0.05 mol),加入催化剂无水FeCl3 (1.7g, 0.01 mol)。在超声条件下回流反应2h。然后加稀Na2CO3溶液300 ml, CHCl3萃取三次(50 mLX 3)，合并有机相并用饱和食盐水洗涤(50 mLX 3)，用无水Na2SO4干燥，过滤减压蒸馏，得粗产物，收率为75.8%，用环己烷重结晶得白色结晶双丙酮葡萄糖DAG。在250 mL干燥洁净的三口烧瓶中，加入DAG (10 g，0.04mol)和80 mL干燥四氢呋喃搅拌溶解，在氮气保护下，将60%氢化钠(2.4g，0.052 mol)，然后在40°C条件下，搅拌反应lh，缓慢滴加丙烯酰氯(5.45g，0.045 mol)，滴加结束后，继续反应3h。过滤除去不溶物，减压除去溶剂，得到双丙酮葡萄糖丙烯酸酯，收率为92.3%。
[0014]实施例2:
S，S’ - 二(α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯(CMP)的合成:将二硫化碳(7.61 g, 0.lmol)，三氯甲烷(29.85 g, 0.25mol)，丙酮(14.52 g, 0.25 mol)和四丁基碘化铵(0.74 g, 0.002mol)，正己烷(50 mL)加入到500 mL的三口烧瓶中，三口烧瓶中分别插上恒压滴液漏斗、温度计、球形冷凝管(带有三通)，同时将50%的氢氧化钠(56 g, 0.7mol)加到恒压滴液漏斗中。用冰水浴冷却，保持温度低于25 °C。通过三通、气球(内充氮气)，用循环水泵抽气，然后打开三通充气，如此3-4次，使装置在氮气保护下。打开恒压滴液漏斗，保持滴速2秒/滴左右,控制温度低于25 V。过夜反应。反应完成后加入蒸懼水(300 mL)溶解生成的固体，然后加入浓盐酸(35 mL)至恒压滴液漏斗中，打开活塞，滴加浓盐酸，酸化水层，注意控制温度低于25 °C。滴加完后，再搅拌30 min，使没有反应的原料挥发掉。将溶液中的固体过滤出来，并用水洗，得到土黄色粗产物固体，称得粗CMP 16.81g，粗产率为89.3%。对粗CMP用60%的异丙醇水溶液进行重结晶。
[0015]实施例3:
在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml，然后加入双丙酮葡萄糖甲基丙烯酸酯10.0 g和三硫代碳酸酯0.2 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.05 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测双丙酮葡萄糖丙烯酸酯单体聚合完全；随后加入共聚单体4-丙烯酰氧基偶氮苯10.0 g,在70°C下继续聚合反应5h。加入2 mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段结构光敏糖基水凝胶11.4 g。
`[0016]实施例4:
在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml，然后加入双丙酮葡萄糖丙烯酸酯5.0 g和三硫代碳酸酯0.1 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN
0.025 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测双丙酮葡萄糖丙烯酸酯单体聚合完全；随后加入共聚单体4-丙烯酰氧基偶氮苯10.0 g,在70°C下继续聚合反应5h。加入2 mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段结构光敏糖基水凝胶9.1 g。
[0017]实施例5:
在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml，然后加入双丙酮葡萄糖丙烯酸酯10.0 g和三硫代碳酸酯0.2 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN
0.05 g，在70 °C水浴中，反应2h，采用TLC检测双丙酮葡萄糖丙烯酸酯单体聚合完全；随后加入共聚单体4-丙烯酰氧基偶氮苯5.0 g,在70°C下继续聚合反应5h。加入2 mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2 h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段结构光敏糖基水凝胶8.2 g。
[0018]本发明制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控；本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性；本发明所制备的光敏水凝胶具有良好的光刺激响应性能。
【权利要求】
1.一种嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，其特征在于:在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以葡萄糖为原料，经过与含有双键的不饱和酰卤进行酯化反应，制备糖基单体；将糖基单体和光敏单体，通过可逆加成断裂链转移剂，经可逆加成断裂链转移自由基聚合制备嵌段结构光敏糖基智能水凝胶。
2.根据权利要求1所述的嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，其特征在于:所述的含有双键的不饱和酰卤为丙烯酰氯。
3.根据权利要求1所述的嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，其特征在于:所述的光敏单体为4-丙烯酰氧基偶氮苯。
4.根据权利要求1所述的嵌段结构光敏糖基智能水凝胶，其特征在于:所述的可逆加成断裂链转移剂为S，S’ - 二( α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯。
5.一种制备如权利要求1-4中任一项所述的嵌段结构光敏糖基智能水凝胶的方法，其特征在于:制备步骤如下: A:将葡萄糖单体经过OH保护，与不饱和酰卤制备含有双键的可聚合糖基单体； B:将链转移剂S，S’ - 二(α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到四氢呋喃中，所述可聚合糖基在整个分子链中所占比例为10-70%，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，加入光敏单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物； C:将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标产物嵌段结构光敏糖基智能水凝胶。
【文档编号】C08J3/075GK103467680SQ201310426821
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】江国庆, 孙同明, 朱金丽, 李建华, 姜国民 申请人:南通大学