本发明属于高分子材料领域，涉及含硼酸和二氢吡啶结构单体及其聚合物。
背景技术：
硼酸可与含1,2-二羟基或1，3-二羟基结构的化合物生成具有可逆性的硼酸酯，因此，含硼酸结构的新型高分子可与含上述二羟基结构的化合物，如糖类、糖蛋白、聚乙烯醇等发生化学反应，形成具有硼酸酯结构的复合物。因此，含硼酸结构的高分子在检测体内糖含量、生物传感、细胞表面修饰、生物标记、蛋白质改性、组织工程等生物医药领域有着诸多重要应用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含硼酸和二氢吡啶结构的单体及其聚合物。
本发明所提供的含硼酸和二氢吡啶结构的单体，为式i-式iii所示化合物中的任意一种：
本发明提供的制备式i-式iii所示化合物的方法，包括如下步骤：
将化合物a、双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯和醋酸铵进行韩琦反应(也即hantzsch反应)，得到产物；
所述化合物a为2-醛基苯硼酸时，所得产物为式i所示化合物；
所述化合物a为4-醛基苯硼酸时，所得产物为式ii所示化合物；
所述化合物a为3-醛基苯硼酸时，所得产物为式iii所示化合物。
上述方法中，所述化合物a、双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯与醋酸铵的投料摩尔比为x：y：z：n，具体可为1：1：1：1.5；所述x：y：z：n中，x、y、z和n均大于0.5且小于2；
所述韩琦反应步骤中，反应温度为50-110℃，具体可为70℃，反应时间为15min～240min，具体可为120min。
另外，本发明提供的含硼酸和二氢吡啶结构的聚合物，为式iv至式vi所示聚合物中的任意一种：
所述式iv-式vi中，m和n均为0-1000。具体的，m和n均可为1-50，更具体的m可为23，n可为46。
所述聚合物的分子量分布(pdi)约为1.197，数均分子量约为50000。
本发明提供的制备所述式iv至式vi所示聚合物的方法，包括如下步骤：
将化合物b、双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯、醋酸铵、聚乙二醇甲基丙烯酸酯进行一锅法反应，得到产物；
所述化合物b为2-醛基苯硼酸时，所述产物为式iv所示聚合物；
所述化合物b为4-醛基苯硼酸时，所得产物为式v所示化合物；
所述化合物b为3-醛基苯硼酸时，所得产物为式vi所示化合物。
上述方法中，所述化合物b、双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯、醋酸铵、聚乙二醇甲基丙烯酸酯的摩尔比为1：1：1：1.5：x，具体可为1：1：1：1.5：2，其中，x>0；
所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯的数均分子量小于5000。
所述一锅法反应步骤中，反应温度为50-90℃，具体可为70℃，反应时间为60min～720min，具体可为120min。在该反应步骤中，体系会发生hantzsch反应与可控自由基聚合反应，从而制备得到含有硼酸和二氢吡啶结构的高分子聚合物。
所述反应中，所用催化剂为氨基乙酸或氯化镁；
所述催化剂的用量为双甲酮摩尔用量的5％以上；
所用引发剂为偶氮二异庚腈；
所述引发剂的用量为三硫代碳酸酯摩尔用量的5％-40％；
所用链转移剂为三硫代碳酸酯；
所述链转移剂的用量为化合物b摩尔用量的0％-100％，且所述链转移剂的用量不为0；
所用溶剂为乙腈、醋酸或甲苯。溶剂的用量以完全溶解反应体系即可。
另外，上述本发明提供的式iv至式vi所示聚合物中的任意一种在制备在制备细胞培养器件、单细胞培养器件或可视化单细胞培养器件中的应用以及含有式iv至式vi所示聚合物中的任意一种的细胞培养器件、单细胞培养器件或可视化单细胞培养器件，也属于本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明所提供制备方法具有如下突出特点：
1、本发明所提供的步骤简单，成本低廉。
2、本发明所制备的高分子聚合物分子量分布范围窄，工艺简单，易于控制。
3、本发明所制备的含硼酸高分子聚合物同时含有具有荧光性质的二氢吡啶基团，可作为示踪基团应用于单细胞培养等生物医药领域。
附图说明
图1为实施例1中含有硼酸和二氢吡啶结构的高分子单体的合成路线图。
图2为实施例1中含硼酸和二氢吡啶结构的高分子单体的核磁氢谱表征。
图3为实施例2中含有硼酸和二氢吡啶结构的高分子聚合物的合成路线图。
图4为实施例2中含有硼酸和二氢吡啶结构的高分子聚合物的核磁氢谱表征。
图5为实施例3中利用实施例2所制备的高分子聚合物进行单细胞培养的结果图。a图，a’图，a”图为空白对照组细胞：a图为采用通用空白培养基培养的细胞；a’图为在空白细胞培养基中加入植物凝集素的细胞；a”图为在已加入植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。b图，b’图，b”图为实验组细胞：b图为在空白细胞培养基中加入例2中聚合物1的细胞；b’图为在已加入聚合物1的培养基中加入植物凝集素的细胞；b”图为在已加入聚合物1与植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。c图，c’图，c”图为控制对照组细胞：c图为在空白细胞培养基中加入实施例2中市售聚乙二醇甲基丙烯酸酯的细胞；c’图为在已加入聚乙二醇甲基丙烯酸酯的培养基中加入植物凝集素的细胞；b”图为在已加入聚乙二醇甲基丙烯酸酯与植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
实施例1、制备含硼酸和二氢吡啶结构的高分子单体：
按照图1中的合成路线图制备含有硼酸和二氢吡啶结构的单体1，具体步骤如下：在氨基乙酸的催化作用下，将3-醛基苯硼酸与双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯、醋酸铵按投料摩尔比为1：1：1：1.5在有机溶剂乙腈中进行韩琦反应，反应温度为70℃，反应时间为2h，得到含硼酸和二氢吡啶结构的单体1。由图2核磁表征结果可知，该产物结构正确，为式iii所示目标产物。
实施例2、制备含硼酸和二氢吡啶结构的高分子聚合物：
按照图3中的合成路线图制备含有硼酸和二氢吡啶结构的高分子聚合物1，具体步骤如下：在氨基乙酸的催化作用下，以偶氮二异庚腈为聚合引发剂，以三硫代酯为链转移剂，将3-醛基苯硼酸与双甲酮、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯、醋酸铵、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(数均分子量小于5000)按投料摩尔比为1：1：1：1.5：2，在有机溶剂乙腈中，于70℃下加热2h，得到含硼酸和二氢吡啶结构的聚合物1。由图4核磁表征结果可知，该产物结构正确，为式vi所示目标产物，m为23，n为46。该聚合物1的分子量分布(pdi)约为1.197，数均分子量约为50000。
实施例3、利用实施例2制备的高分子聚合物1进行单细胞培养：
利用实施例2所得高分子聚合物1进行细胞的单细胞培养，具体步骤如下：取2mg的植物凝集素溶于2ml磷酸盐缓冲液中，得到1mg/ml植物凝集素溶液候用；取20mg的例2中的高分子聚合物1溶于4ml的磷酸盐缓冲液中，得到5mg/ml的聚合物1溶液，取20mg的聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶于4ml的磷酸盐缓冲液中，得到5mg/ml的聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液。
将培养有小鼠成纤维细胞的培养皿，从37℃，5％的二氧化碳的培养箱中取出，在超净台中，用移液器吸去旧培养基，加入磷酸盐缓冲液冲洗两遍，然后加入胰酶消化5分钟，用培养基冲下细胞分装入三个离心管中，离心5分钟(1000转/分钟)。倒去上清液得到细胞沉淀后，分别用1ml的普通培养基，5mg/ml的聚合物1溶液以及5mg/ml的聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液冲散细胞，并且等待10分钟。加入荧光素二乙酸酯对细胞染色，使其终浓度为10ug/ml，避光等待10分钟。
上述三种细胞液，分别取10ul放在载玻片上，放上盖玻片并用荧光显微镜观察细胞。
上述三种细胞液，分别取5ul放在载玻片上，另取5ul的植物凝集素溶液(1mg/ml)滴加在载玻片上，混匀，放上盖玻片并用荧光显微镜观察细胞。
往三种细胞液中加入1ml的果糖溶液(10mg/ml)，混匀等待5分钟，分别取5ul放在载玻片上，另取5ul的植物凝集素溶液(1mg/ml)滴加在载玻片上，混匀，放上盖玻片并用荧光显微镜观察细胞。
图5为该实施例利用实施例2所制备的高分子聚合物进行单细胞培养的结果图。a图，a’图，a”图为空白对照组细胞：a图为采用通用空白培养基培养的细胞；a’图为在空白细胞培养基中加入植物凝集素的细胞；a”图为在已加入植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。b图，b’图，b”图为实验组细胞：b图为在空白细胞培养基中加入例2中聚合物1的细胞；b’图为在已加入聚合物1的培养基中加入植物凝集素的细胞；b”图为在已加入聚合物1与植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。c图，c’图，c”图为控制对照组细胞：c图为在空白细胞培养基中加入实施例2中市售聚乙二醇甲基丙烯酸酯的细胞；c’图为在已加入聚乙二醇甲基丙烯酸酯的培养基中加入植物凝集素的细胞；b”图为在已加入聚乙二醇甲基丙烯酸酯与植物凝集素细胞培养基中加入果糖的细胞。
由图可知，本发明实施例2制得的含硼酸高分子聚合物由于同时含有具有荧光性质的二氢吡啶基团，可作为示踪基团应用于单细胞培养中，具有重要的应用价值。