聚乙二醇水凝胶微球及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料领域，涉及一种新型聚乙二醇水凝胶微球及其方法，尤其涉及一种直接使用羟基封端聚乙二醇制备水凝胶微球的方法。

技术背景

高分子水凝胶材料由于良好的亲水特性和优越的生物相容性，在生物医药领域有着广阔的应用前景。水凝胶微球是近几年发展的新剂型，可以提高药物的稳定性，并对药物有缓释的作用，引起了人们的广泛关注。

聚乙二醇(PEG)由于其生物相容性好，对细胞粘附及识别有着天然的生物惰性而被广泛应用于水凝胶的制备。现有的制备PEG水凝胶微球的方法存在以下问题：首先，聚乙二醇羟基反应活性差，制备PEG水凝胶微球通常采用PEG衍生物反应；其次，聚乙二醇水凝胶微球的亲疏水性调节困难，水凝胶药物释放性能常常需要通过反应物的改变来调节。

技术实现要素：

针对现有的聚乙二醇水凝胶微球制备方法中均需要使用聚乙二醇衍生物的问题，本发明首先提供一种新的聚乙二醇水凝胶微球的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)反相溶剂预乳化；

(2)在催化剂存在条件下，将聚乙二醇，多元醇和二乙烯基砜组成的混合反应物均匀分散在步骤(1)所制备的溶剂中，搅拌反应后去除溶剂；

(3)产物透析。

上述方法直接以羟基封端聚乙二醇为起始原料，以二乙烯基砜为交联剂，加入多元醇形成网络结构，催化条件下室温反应，用反相乳液聚合法制备得到目标的聚乙二醇水凝胶微球。该方法直接采用羟基封端聚乙二醇催化反应制备水凝胶微球，一步室温反应，无需衍生化，方便快捷；聚乙二醇水凝胶微球的亲疏水性可以直接通过投料中多元醇含量来调节，从而达到药物释放速率的调节。

当然，本发明也提供通过上述方法值得的聚乙二醇水凝胶微球。这些水凝胶微球主要分布在10～50μm，分布较窄。

另外，上述本发明所述的聚乙二醇水凝胶微球，可描述为通式I的骨架结构：

该结构通式I中，m，n均为不小于3的整数。

在该聚乙二醇水凝胶微球的骨架结构中，源自原料中聚乙二醇的结构单元构成的链状结构，源于原料多元醇的结构单元构成了产物的网络结构。这些结构使得本发明的聚乙二醇水凝胶微球具有相当优异的可控性，因而在生物、医药等领域具有优良的应用前景。

附图说明

本发明附图4幅，用于对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1是聚乙二醇水凝胶微球的扫描电镜照片。

图2是聚乙二醇水凝胶微球的显微照片。

图3是包裹尼罗红的聚乙二醇水凝胶微球荧光显微镜照片。

图4是聚乙二醇水凝胶微球尼罗红释放曲线。

具体实施方式

本发明首先提供一种聚乙二醇水凝胶微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)反相溶剂预乳化；

(2)在催化剂存在条件下，将聚乙二醇，多元醇和二乙烯基砜组成的混合反应物均匀分散在步骤(1)所制备的溶剂中，搅拌反应后去除溶剂；

(3)产物透析。

上述方法中，步骤(2)中条件参数的控制是本发明的重要因素。具体实施方式中，其中所述的聚乙二醇为羟基封端的聚乙二醇，无需进一步衍生化，具有通式i的结构，聚合度n≥3。优选聚乙二醇聚合度6≤n≤150。

另一方面，所述的多元醇选自丙三醇、丁四醇、聚乙烯醇、多臂聚乙二醇或透明质酸。优选丙三醇，丁四醇，聚乙烯醇和多臂聚乙二醇。

进一步的具体实施方式中，上述方法中步骤(2)的混合反应物由聚乙二醇、多羟基化合物和二乙烯基砜按照摩尔比x:y:z组成，其中0.1≤x:y≤10，z≥0.5(x+y)。优选地，所述的原料物组成描述中，0.2≤x:y≤5，x+y≤z≤2(x+y)。

再一方面，上述方法中步骤(2)搅拌反应步骤在20～50℃条件下进行；搅拌速度1000～1500rpm；反应时间24～48h。

另一具体的实施方式中，上述方法中步骤(1)中述及的反相溶剂选自环己烷、煤油和石油醚。优选环己烷。所述的反相溶剂与混合反应物的质量比是9:1～20:1。优选10:1～15:1。对反相溶剂的乳化反应以span 80、Tween 80或曲拉通X100为乳化剂对反相溶剂进行；其中，乳化剂用量相对于反相溶剂的质量分数为4～10％；乳化的温度30～40℃；乳化时间优选5～25min。

又一具体的实施方式中，上述本发明的方法中所述的催化剂选自4-二甲氨基吡啶、三苯基膦和三异丙基膦。优选4-二甲氨基吡啶或三苯基膦。催化剂用量相对于二乙烯基砜的摩尔分数的2～15％。优选5％～10％。

上述方法最为优选的具体实施方式中，所述方法包括如下步骤：

(1)反相溶剂预乳化：将乳化剂加入环己烷中，30～40℃条件下搅拌5～25min使溶剂预乳化；乳化剂选自span 80、Tween 80或曲拉通X100；乳化剂用量为环己烷体积的4～10％；

(2)将催化剂加入步骤(1)制得的溶剂并使其分散；所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶或三苯基膦；催化剂质量为混合反应物的5～10％；

(3)将聚乙二醇、多元醇和二乙烯基砜组成的混合反应物分散在步骤(2)所制得的体系中，20～50℃条件下，1000～1500rpm搅拌反应24～48h；

(4)去除溶剂，透析。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，这些实施例不应当被理解为对本发明任意形式的限定。无特殊限定，具体实施例中以六聚乙二醇为聚乙二醇原料，甘油为多元醇原料，4-二甲氨基吡啶为催化剂。

实施例1

向圆底烧瓶中加入36ml环己烷，并加入1.02g span80和0.677g Tween 80，温度升温为40℃，控制搅拌速度为400rpm，预乳化10min，加入0.097g 4-二甲氨基吡啶并搅拌15min。

称取0.56g六聚乙二醇(2mmol)、0.96g二乙烯基砜(8mmol)、0.37g甘油(4mmol)，将反应物混合均匀后加入恒压滴加漏斗中，以10滴/分钟的速度将反应物滴加环己烷中，搅拌速度升为1400rpm，反应12h，得到乳白色溶液。

将乳白色溶液离心，弃去上清液，分别用环己烷、无水乙醇、去离子水洗涤，得到白色固体。将白色固体透析后冷冻干燥，得到聚乙二醇水凝胶微球粉末，并用扫描电子显微镜观测其形貌，如图1所示。由图可知，得到的聚乙二醇水凝胶微球呈现球状。

实施例2

向圆底烧瓶中加入36ml环己烷，并加入1.02g span80和0.677g Tween 80，温度升温为40℃，控制搅拌速度为400rpm，预乳化10min，加入0.21g 4-二甲氨基吡啶并搅拌15min。

称取0.56g六聚乙二醇(2mmol)、2.06g二乙烯基砜(17mmol)、0.92g甘油(10mmol)，将反应物混合均匀后加入恒压滴加漏斗中，以10滴/分钟的速度将反应物滴加环己烷中，搅拌速度升为1400rpm，反应12h，得到乳白色溶液。

将乳白色溶液离心，弃去上清液，分别用环己烷、无水乙醇、去离子水洗涤，得到白色固体。将白色固体透析后分散在离子水中得到稳定的聚乙二醇水凝胶微球，使用滤网过滤后显微镜下观察发现其呈现均匀的球状(图2)，其平均粒径为15μm，多分散系数PDI为0.25(n＝100)。

实施例3

聚乙二醇微球的药物释放应用

按照实施例2所述的方法分别制备六聚乙二醇和甘油摩尔比例为1:3和1:4的聚乙二醇水凝胶微球。取3mg尼罗红置入25ml容量瓶中，加入丙酮使其溶解，得到0.12mg/ml尼罗红丙酮溶液。取30mg聚乙二醇水凝胶微球置入小瓶中，加入200μl尼罗红丙酮溶液、10ml去离子水，搅拌一段时间，吹干丙酮。得到包裹尼罗红的聚乙二醇水凝胶微球溶液，荧光显微镜下观察如图3所示。在蓝色光激发，红色荧光观察发现聚乙二醇水凝胶微球呈现红色，表明尼罗红包埋在水凝胶为求中。

取上述聚乙二醇水凝胶微球溶液各1.5ml于离心管中，37℃孵育。每隔24h，取200μl于96孔板中，放入酶标仪中测其荧光强度，激发波长为540nm，发射波长为650nm。测得的荧光强度变化曲线如图4所示。由图可知，甘油含量高的聚乙二醇水凝胶微球降低更缓慢，表明其药物释放速率释放缓慢。该结果表明通过调节聚乙二醇水凝胶微球中的甘油含量可以调控药物释放速率。