智能型树枝化聚合物、其纳米凝胶及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能型树枝化聚合物、其纳米凝胶及其制备方法。该纳米凝胶是由树枝化烷氧醚单体与三联吡啶单体可控聚合而得，其中树枝化烷氧醚单体起到赋予共聚物温敏的作用，三联吡啶单体可与金属离子配位将共聚物交联。在共聚物水溶液中加入金属离子，通过三联吡啶?金属配位作用进行交联形成纳米凝胶；本发明的纳米凝胶具有纳米尺度和良好的单分散性且在一定温度区间内，可实现随温度升高迅速脱水塌缩。并且此纳米凝胶由树枝化烷氧醚构筑而成，因此具有较高负载能力以及良好的生物相容性，从而在生物医用材料领域有良好的应用价值。
【专利说明】
智能型树枝化聚合物、其纳米凝胶及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种智能型树枝化聚合物、其纳米凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米凝胶是一类通过物理或者化学交联的网络所形成的纳米尺度的水分散聚集 体。而智能纳米凝胶是具有刺激相应性的纳米凝胶，能够根据外界环境的变化发生性质或 者形状的变化。目前多种类型的智能纳米凝胶已经报道，包括温敏、PH敏感、光敏感等。其中 温度敏感型纳米凝胶得到了广泛关注。由于生物体内温度微环境的不同，该类纳米凝胶可 以运用于药物控制释放、医学诊断、生物传感器和催化剂载体等领域。
[0003] 目前用于制备纳米凝胶的材料大多为线形聚合物，如聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙 二醇等合成高，以及纤维素及其衍生物、壳聚糖及其衍生物等天然高聚物。目前研究最为广 泛是聚N-异丙基丙烯酰胺为材料制备的纳米凝胶。因为其单体为商业化产品，易得的原料 来源使其具有较大的应用价值。但聚N-异丙基丙烯酰胺本身存在水合过程滞后效应明显、 相变温度可调性差、生物相容性欠佳、结构较为简单、可调控性较差等缺点大大限制了他的 应用。树枝化聚合物是近二十年来发展起来的一类新型非线形聚合物，此类聚合物具有诸 多优异的特点，包括纳米级尺寸、结构易于调节且内部富含空穴可高效负载客体小分等，但 基于树枝化聚合物纳米凝胶的研究鲜见报道。近年来，我们课题组制备了一类烷氧醚树枝 化聚合物，不仅具有良好的生物相容性且表现出十分优异的温敏特性(W. Li, A. Zhang， K. Feldman, P. ffalde, A. D. Schliiter, Macromolecules, 2008, 41, 3659-3667;ff. Li, A. Zhang, A. D. Schliiter, Chem. Commun·，2008, 5523-5525·)。目前纳米凝胶的 制备方法有四种：自组装形成纳米凝胶、均相或纳米尺寸的非均相体系聚合、聚合物之间交 联、纳米膜版压印技术。其中主要以自组装和乳液聚合的方法运用的最多。自组装的方法工 艺复杂且影响因素多，乳液聚合常常需要加入乳化剂之类的助剂影响凝胶的生物相容性。 所以，近年来，聚合物之间交联的方法受到广泛关注。而通常的聚合物之间交联的很难得到 分散均一的纳米凝胶。利用树枝化烷氧醚聚合物的温敏特性，可以在温敏聚合物相变温度 以上聚集成结构均一的聚集体，加入金属离子交联实现分散均一的纳米凝胶的简单制备。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种智能型树枝化聚合物。
[0005] 本发明的目的之二在于提供由该聚合物形成的纳米凝胶。
[0006] 本发明的目的之三在于提供该纳米凝胶的制备方法。
[0007] 为了实现以上发明目的，本发明的纳米凝胶由树枝化烷氧醚单体与三联吡啶单体 可控聚合而得，其中树枝化烷氧醚单体起到赋予共聚物温敏的作用，三联吡啶单体可与金 属离子配位将共聚物交联。具体反应机理为：
根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案： 一种智能型树枝化聚合物，其特征在于该聚合物其结构式为： ：>^下111-； 11 -*J KJKJ 〇
[0008] -种纳米凝胶，采用上述的智能型树枝化聚合物为原料，其特征在于该凝胶是由 所述的智能型树枝化聚合物上的三联吡啶与金属离子配位，通过三联吡啶-金属配位作用 进行交联形成纳米凝胶，其固含量为:0.01 wt% - 0.05 wt%;其中所述的智能型树枝化聚 合物与金属离子的摩尔比为:1:1 - 10:1之间。
[0009] -种制备上述的纳米凝胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为： a.将一代树枝化烷氧醚单体、三联吡啶单体3:1 - 10:1的摩尔比溶于N，N-二甲基甲酰 胺(DMF)中，加入偶氮类引发剂，其加入量为单体总质量的0.1% - 1%;再加入RAFT试剂，该 试剂的加入量与单体的摩尔比为1:50 - 1:200;在惰性气体保护下，在60 °C-80 °C温度下 聚合反应至磁子难以转动;加入二氯甲烷充分溶解反应液，并经提纯，得到智能型树枝化聚 合物； b.将步骤a所得共聚物溶于蒸馏水中配置成0.01 wt%-〇.05 wt%的水溶液，加热至37 °G -44°(：稳定30 1^11左右后，加入加入稀释过0.001-0.018/1111^怔6304.7!120水溶液，搅拌 反应4小时后取出，得到纳米凝胶。 所述烷氧醚树枝化基元的化学结构式为
；所述三联吡啶单体 的化学结构式如下
，
[0010]该纳米凝胶具有温敏特性，可在相变温度以上形变塌缩，释放药物分子。并且其是 纳米尺度的材料，因此在药物控制释放，生物传感器等领域有重要应用。本发明的纳米凝胶 在一定温度区间内，可实现随温度升高迅速脱水塌缩，随着温度降低重新水合溶胀的过程。 并且此纳米凝胶具有较高负载能力以及良好的生物相容性，从而在生物医用材料领域有良 好的应用价值。
[0011] 本发明具有如下突出特点和显著优点： 1.智能树枝化聚合物纳米凝胶通过烷氧醚树枝化基元表现优异的温敏行为，它具有大 尺度，结构易于调节等特点，可通过多种方式比如树枝化基元代数、端基基团以及烷氧醚链 长等调控相变温度以及性能特征。
[0012] 2.智能树枝化聚合物纳米凝胶以三联吡啶-金属配位的方式进行交联，利用金属-超分子强配位键使得纳米凝胶的交联网络具有很强的稳定性。并且在此基础上加入更强的 配体也可解络合表现出可回复性。
[0013] 3.智能树枝化聚合物纳米凝胶的制备方法简单，分布系数(PDI)小于0.05属于单 分散体系。
【附图说明】
[0014] 图1为一代烷氧醚与三联吡啶共聚物的1H NMR谱图。
[0015] 图2为一代烷氧醚与三联吡啶共聚物水溶液的浊度曲线谱图。
[0016] 图3为智能树枝化聚合物纳米凝胶粒径分布的动态激光光散射(DLS)图。
[0017] 图4为智能树枝化聚合物纳米凝胶尺寸随温度变化曲线。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 本发明涉及一代树枝化烷氧醚单体和三联吡啶单体的制备。
[0019] 1.树枝化烷氧醚与三联吡啶无规共聚物的合成 在10 mL反应管中分别加入一代树枝化烷氧醚单体(800 mg)和三联吡啶单体(51 mg)， AIBN (0.9 mg)，RAFT试剂（1.81 mg)和DMF (0.4 mL)，抽真空半小时，置换N2,将密闭的反 应管置于70°C油浴中，聚合反应进行3~5h，直至反应液粘度变大，磁子搅拌困难。加入适量 DCM充分溶解，并经硅胶色谱柱提纯，得到共聚物(521 mg)，产率61.2%。共聚物的核磁参见 图1 2.树枝化聚合物纳米凝胶的制备 在10 mL的样品瓶中，将一定量的聚合物溶解在蒸馏水中配置成浓度为0.01 wt% -0.05 wt%的水溶液，取2000 mg溶液放入5mL样品瓶中，加入磁子，放入预热的油浴锅中加热 至37°(：设置转速200印111稳定3〇1^11后加入0.^^%?65〇4.7!12〇水溶液6.6-33 1^，411后 取出样品瓶，得到纳米凝胶水溶液。
[0020] 实施例二:在本实施例中，制备0.25 wt%树枝化烷氧醚与三联吡啶无规聚合物水 溶液，进行浊度测试。该溶液在升温过程中于33 °C附近发生脱水聚集，透过率迅速降低，并 在降温过程中于32.5°C附近透过率升高，重新水合变为良好的分散体系，参见图2。
[0021 ]实施例三:在本实施例中，制备的纳米凝胶在25 °C下进行动态激光光散射测试， 0.25 wt%纳米凝胶半径159 nm具有良好的单分散参见图3。
[0022] 实施例四：在本实施例中，将所制备的纳米凝胶加热至30 °C开始塌缩，尺寸变小 到42 °C尺寸趋向于稳定参见图4。
[0023] 上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以 根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理做的 改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不 背离本发明智能型树枝化聚合物的制备方法和应用的技术原理和发明构思，都属于本发明 的保护范围。
【主权项】
1. 一种智能型树枝化聚合物，其特征在于该聚合物其结构式为： 具中 m=50-200;n=5-60。2. -种纳米凝胶，采用根据权利要求1所述的智能型树枝化聚合物为原料，其特征在于 该凝胶是由所述的智能型树枝化聚合物上的三联吡啶与金属离子配位，通过三联吡啶-金 属配位作用进行交联形成纳米凝胶，其固含量为:0.01 wt% - 0.05 wt%;其中所述的智能 型树枝化聚合物与金属离子的摩尔比为:1:1 - 10:1之间。3. -种制备根据权利要求2所述的纳米凝胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为： a. 将一代树枝化烷氧醚单体、三联吡啶单体按3:1 - 10:1的摩尔比溶于N，N-二甲基甲 酰胺(DMF)中，加入偶氮类引发剂，其加入量为单体总质量的0.1% - 1%;再加入RAFT试剂， 该试剂的加入量与单体的摩尔比为1:50 - 1:200;在惰性气体保护下，在60 °C-80 °C温度 下聚合反应至磁子难以转动;加入二氯甲烷充分溶解反应液，并经提纯，得到智能型树枝化 聚合物； b. 将步骤a所得共聚物溶于蒸馏水中配置成0.01 wt%-〇.05 wt%的水溶液，加热至37 °G -44°(：稳定30 1^11左右后，加入稀释过0.001-0.018/1^的？6304.7!120水溶液，搅拌反应 4小时后取出，得到纳米凝胶。
【文档编号】C08F220/36GK105859958SQ201610295959
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月7日
【发明人】李文, 黄高军, 熊初平, 刘洁, 董庆豪, 殷瑜, 张阿方
【申请人】上海大学