pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学合成领域，具体地涉及一种具有pH响应性聚合物基Janus纳米中 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。
[0003] Janus中空球因其内部具有的腔体结构，在化学、材料学、生物化学等领域都有着 重要的应用，比如微型受限反应器、催化材料、保温隔热材料和生物医药缓释材料、人造细 胞等方面。利用中空结构装载和传输物质，实现壳层内外环境的物质传递，因此内外结构贯 通的中空球在应用上更具有优势。如果赋予Janus中空球的壳层结构一定的环境响应性， 可以根据纳米中空球所处的微环境来调控壳层内外的物质传递。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种利用Janus中空结构装载和传输物质，实现壳层内外环 境的物质传递的具有pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种pH响应性聚合物基Janus纳 米中空球的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 1)以二氧化硅纳米粒子（SNP)为模板，在其表面引入羟基类引发剂，得中间体 I(SNP-OH)；
[0007] 2)以中间体I (SNP-OH)为引发剂，辛酸亚锡（Sn(Oct)2)为催化剂，引发DL-丙交 酯（DL-LA)开环聚合，得中间体2(SNP-g-PLA);
[0008] 3)用α-溴代异丁酰溴对中间体2 (SNP-g-PLA)进行ATRP (原子转移自由基聚合） 改性，得中间体3 (SNP-g-PLA-Br);
[0009] 4)以中间体3(SNP-g-PLA-Br)为引发剂，具有pH响应性的甲基丙烯酸二乙氨基乙 酯（DEAEMA)为单体，三（2-二甲氨基乙基）胺（Me 6TREN)为配体，溴化亚铜（CuBr)为催化 剂，通过原子转移自由基聚合（ATRP)，并以二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA)为交联剂对聚 合物层进行交联，得中间体4 (SNP-g-PLA-b-croEAEMA);
[0010] 5)将中间体4(SNP-g-PLA-b-croEAEMA)在室温下用氢氟酸刻蚀，得到目标产物。
[0011] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，所述的步骤1)包括如 下步骤：
[0012] I. 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 四乙酯的乙醇溶液，磁力搅拌下30-40°C反应10-15小时。将反应混合物离心、除去上层清 液，收集白色固体得二氧化硅纳米粒子（SNP)。
[0013] 1. 2)将二氧化硅纳米粒子（SNP)加入到乙醇中，超声分散，然后加入γ-氨丙基三 乙氧基硅烷，队保护下，60-80°C磁力搅拌反应40-50小时。将反应混合物离心、除去上层清 液，收集固体得到表面氨基改性的纳米SiO2微球（SNP-NH 2)。
[0014] 1. 3)将表面氨基改性的二氧化硅纳米粒子和二甲苯混合，超声分散，加入羟基类 弓丨发剂，抽真空，通氮气，在氮气保护下，60-65°C反应18-24小时。将反应混合物离心、除去 上清液，收集固体得到中间体I (SNP-OH)。
[0015] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，所述的羟基类引发剂是 缩水甘油，表面氨基改性的纳米SiO 2微球与缩水甘油的质量比为：2:0.8-1 ;优选2:1。
[0016] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，所述的步骤2)包括如 下步骤：将中间体UDL-丙交酯和二甲基甲酰胺（DMF)于容器中，超声分散，滴加辛酸亚锡， 抽真空，通氮气，在氮气保护下，125-130°C反应45-50小时，得到中间体2(SNP-g-PLA)。
[0017] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，中间体I (SNP-OH)与 DL-丙交酯的质量比为：1:14-16 ;优选1:16。
[0018] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，所述的步骤3)包括如 下步骤：将中间体2 (SNP-g-PLA)与干燥的CH2Cl2混合，超声分散，在冰水浴下加入三乙胺 和α_溴代异丁酰溴，冰水浴中反应1-2小时，然后于室温反应45-50小时。将反应混合物 离心、除去上清液，收集固体得到中间体3 (SNP-g-PLA-Br)。
[0019] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，中间体2 (SNP-g-PLA) 与α-溴代异丁酰溴的质量比为：1:16-20 ;优选1:20。
[0020] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，所述的步骤4)包括如 下步骤：将中间体3 (SNP-g-PLA-Br)、DEAEMA、EGDMA、Me6TREN与干燥的DMF混合，超声分 散，液氮冷冻，抽真空，融化，循环液氮冷冻-抽真空-融化三次，加入CuBr，再进行液氮冷 冻-抽真空-融化，然后在抽真空状态下封管，70-75°C反应18-24小时。将反应混合物离 心、除去上清液，收集固体得到中间体4 (SNP-g-PLA-b-croEAEMA)。
[0021] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，中间体 3 (SNP-g-PLA-Br)与DEAEMA的质量比为：1:14-16,优选1:16 ;DEAEMA与E⑶MA的摩尔比为： 8-10:1，优选 8:1。
[0022] 上述的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法，氢氟酸的体积百分浓度 为 10% -50%。
[0023] 采用本发明的方法制备的目标产物pH响应性聚合物基Janus纳米中空球为中空 结构，内层为疏水性的可降解的聚乳酸，外层为具有pH响应性的交联的聚甲基丙烯酸二乙 氨基乙酯。
[0024] 聚乳酸（PLA)具有降解速率快的特性和良好的生物相容性，在机体内被降解的最 终产物为〇) 2和H20。在环境保护、组织工程、骨折内固定和药物控释等领域具有广泛应用。
[0025] 聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯（PDEAEMA)是一种具有pH响应性的聚合物，Pka约为 7. 2,当pKa低于7. 2时ToEAEMA被质子化，为可溶性的弱阳离子电解质，呈现亲水状态，聚 合物链舒展；当PKa高于7. 2时，ToEAEMA去质子化，呈现疏水状态，聚合物链收缩，在智能 型材料方面有着广泛的应用。
[0026] 本发明的有益效果是：通过二氧化硅纳米粒子表面羟基改性得到的SNP-OH，可适 用于任何羟基引发开环聚合的内酯，通过ATRP改性后，适用于大多数单体的可控聚合，如 甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和苯乙烯等。
[0027] 从合成过程来看，以二氧化硅为模板，经氨基、羟基改性后开环聚合接枝PLA ;再 经ATRP引发剂改性，通过ATRP聚合且交联具有pH响应性的TOEAEMA ;最后经HF刻蚀得到 具有pH响应性的Janus纳米中空球。扫描电镜和透射电镜均表明本方法能够得到Janus 纳米中空球，说明了此方法的可行性。这种由PLA/PDEAEMA组成Janus纳米中空球，由于其 具有pH响应性、生物降解性和良好的生物相容性，在药物输送和可控释放等领域具有很好 的应用前景。
[0028] 从结构和原理上看，本发明制备的pH响应性聚合物基Janus纳米中空球为中空球 状材料。由于内侧具有可降解性、疏水性、良好的生物相容性，外侧具有pH响应性，利用中 空结构装载和传输物质，实现壳层内外环境的物质传递，内外结构贯通的中空球在应用上 更具有优势，所以在药物输送和可控释放等领域具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0029] 图Ia是SNP的Zeta电位图。
[0030] 图 Ib 是 SNP-My9 Zeta 电位图。
[0031] 图 2 是 SNP(a)、SNP-NH2(b)、SNP-OH(c)、SNP-g-PLA(d)、SNP-g-PLA-Br(e)和 SNP-g-PLA-b-cPDEAEMAl (f)的红外光谱图。
[0032] 图 3 是 SNP(a)、SNP-g-PLA(b)和 SNP-g-PLA-b-cPDEAEMAl (c)的热重分析曲线图。
[0033] 图 4 是 SNP (a)、SNP-g-PLA (b)、SNP-g-PLA-b-cPDEAEMAl (c)、pH 响应性聚合物基 Janus纳米中空球PLA-b-cTOEAEMAl (d)的扫