温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学合成领域，具体地涉及一种温度/pH双响应性柔性聚合物Janus 中空球的制备方法。
【背景技术】
[0002] Janus材料是指同时拥有两种不同结构和化学组成的各向异性材料。这种不对称 性质，如亲水-疏水、正电荷-负电荷、极性-非极性以及形貌上的不对称性等等，都赋予了 Janus材料特殊的功能性，可以满足复杂环境条件下的需要。Janus中空球因其内部具有的 腔体结构，在化学、材料学和生物化学等领域都有着重要的应用，如微型受限反应器、催化 材料、保温隔热材料和生物医药缓释材料和人造细胞等。如果赋予Janus中空球的壳层结 构一定的环境响应性，可以根据中空球所处的微环境变化来调控壳层内外的物质传递。
[0003] 环境响应性聚合物是一类在温度、pH、离子强度和磁场等环境因素刺激下，自身的 某些物理或化学性质发生相应变化的聚合物。温度和pH变化是实际应用中最容易得到又 便于操作的刺激信号，而且是生理、生物和化学系统中的两个重要因素。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种利用温度/pH响应性聚合物构筑具有温度/pH双响应性 柔性聚合物Janus中空球的制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：温度/pH双响应性柔性聚合物 Janus中空球的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 1)以纳米SiO2微球（SNP)为硬模板，在硅球表面锚固2-溴异丁酰溴，得中间体 I(SNP-Br)；
[0007] 2)以中间体I(SNP-Br)为引发剂，三（2-二甲氨基乙基）胺（Me6TREN)为配体，溴 化亚铜（CuBr)为催化剂，引发N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM)ATRP聚合（原子转移自由基聚 合），得中间体2,即PNIPAM接枝的纳米5丨0 2微球（SNP-g-PNIPAM-Br);
[0008] 3)以中间体2(SNP-g-PNIPAM-Br)为引发剂，Ν,Ν,Ν'，Ν,'Ν'-五甲基二亚乙基三胺 (PMDETA)为配体，CuBr为催化剂，二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA)为交联剂，引发甲基丙烯 酸二乙氨基乙酯（DEAEMA)单体聚合，得中间体3,即得到外层交联的聚合物包覆的纳米二 氧化硅微球（SNP-g-PNIPAM-b-cPDEAEMA);
[0009] 4)室温下，将中间体3 (SNP-g-PNIPAM-b-croEAEMA)用氢氟酸刻蚀，得到目标产物 PNIPAM-b-cPDEAEMA〇
[0010] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，所述的步骤1)包 括如下步骤：
[0011] 1. 1)将乙醇、氨水和去离子水加入到单口烧瓶中，搅拌均匀，然后逐滴滴入正硅酸 四乙酯（TEOS)的乙醇溶液，磁力搅拌下30-40°C反应10-15小时，离心除去上层清液，取白 色固体，得纳米SiO 2微球（SNP)。
[0012] 1.2)将纳米SiO2微球（SNP)加入到甲苯中，超声分散，然后加入γ-氨丙基三乙 氧基硅烷（APTES)，60-80°C磁力搅拌反应15-20小时，离心除去上层清液，得表面氨基改性 的纳米SiO 2微球（SNP-NH 2)。
[0013] 1.3)将表面氨基改性的纳米SiO2微球超声分散在二氯甲烷中，控制反应温度 〇°C，然后依次滴加三乙胺和2-溴异丁酰溴，室温搅拌反应35-40小时，离心除去上层清液， 收集固体，得到中间体I (SNP-Br)。
[0014] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空微球的制备方法，表面氨基改性 的纳米SiO 2微球与2-溴异丁酰溴的质量比为：1:8-12,优选1:10。
[0015] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，所述的步骤2) 包括如下步骤：将中间体I(SNP-Br)超声分散于异丙醇中，依次加入N-异丙基丙烯酰胺 (PNIPAM)和三（2-二甲氨基乙基）胺（Me 6TREN),然后将体系进行冷冻，抽真空，融化；再加 入溴化亚铜，在抽真空下封管，30-40°C，反应20-25小时，敞开体系，终止反应，离心除去上 清液，固体用乙醇洗绦，30°C真空干燥，得中间体2 (SNP-g-PNIPAM-Br)。
[0016] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，中间体1与N-异 丙基丙烯酰胺的质量比为：1:6-10,优选1:8。
[0017] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，所述的步骤3)包 括如下步骤：将中间体2 (SNP-g-PNIPAM-Br)超声分散于N，N-二甲基甲酰胺中，依次加入甲 基丙烯酸二乙氨基乙酯（DEAEMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA)和N，N，Ν'，N，' Ν' -五甲 基二亚乙基三胺（PMDETA)，然后将体系进行冷冻，抽真空，融化后，加入溴化亚铜，在抽真空 下封管，60-80°C反应20-25小时。敞开体系，终止反应，离心除去上清液，固体用乙醇洗涤 3 次，30°C真空干燥得中间体 3 (SNP-g-PNIPAM-b-cPDEAEMA)。
[0018] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，中间体2与甲基 丙烯酸二乙氨基乙酯（DEAEMA)的质量比为：1:13-18,优选1:15 ;甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 (DEAEM)与二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDM)的摩尔比为：4-10:1，优选5:1。
[0019] 上述的温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球的制备方法，氢氟酸的体积百 分浓度为10 % -50 %，优选40 %。
[0020] 采用本发明的方法制备的目标产物温度/pH双响应性柔性聚合物Janus中空球， 其结构为空心球结构，内层是具有温敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM)，外层是具有pH 响应性的聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯（PDEAEMA)。
[0021] 本发明的有益效果是：在硅球表面锚固酰溴类引发剂，适用于引发带有功能基团 的甲基丙烯酸酯类单体在硅球表面接枝聚合。加入三（2-二甲氨基乙基）胺配体，CuBr催 化剂，合成聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝的纳米SiO 2微球（SNP-g-PNIPAM-Br)，适用于带有 功能基团的甲基丙稀酸醋类单体的ATRP聚合。对于制备柔性聚合物Janus中空球具有普 适性。
[0022] 聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM)是一种具有低临界相变温度（LCST)的温度敏感 性聚合物，其溶解性随着温度的升高缓慢降低，当温度升高到LCST附近时，其溶解性会突 然降低，出现热沉降，且这种变化是可逆的。聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯（PDEAEMA)是一种 弱碱，在酸性介质中质子化形成亲水性基团一N +H(C2H5)，能够溶解在水中。随着pH值的升 高，其溶解性缓慢降低，当PH值升高到pKa附近时出现沉降，因此具有pH响应性。本发明 的产物，通过赋予中空球壳层一定的环境响应性，根据环境条件的变化调控壳层内外的物 质传递。
[0023] 本发明，从合成过程来看，在纳米SiO2微球表面锚固酰溴类引发剂进而引发单体 发生原子转移自由基聚合，条件温和，易于操作，具有普适性。透射电镜显示出本方法最后 得到的是中空球形材料，说明了此方法的可行性。这种由PNIPAM/cPDEAEMA组成的柔性聚 合物Janus中空球材料，由于组成中空球的内外层聚合物分别具有温度和pH响应性，因此 赋予了中空球双重响应性。当温度达到LCST值（37°C)以上时，中空球内层的聚合物蜷缩， 表现出疏水性；而在LCST值以下时，中空球内层的聚合物舒展表现出亲水性。当pH值在 PKa值（7.2)以下时，外层的聚合物舒展表现出亲水性，当pH值达到pKa值以上时，外层聚 合物蜷缩表现出疏水性。因此当中空球内外层聚合物都较为舒展时，通过渗透作用可将药 物载入球腔内部，通过控制温度、PH等条件达到对药物的不同释放效果，因此在药物的可控 释放和靶向给药等方面有着潜在的应用价值。
【附图说明】
[0024] 图Ia是SNP的Zeta电位图。
[0025] 图 Ib 是 SNP-My9 Zeta 电位图。
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