專利名稱：一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法
技術領域：
本發明屬于生物醫學工程領域中的血管栓塞材料的制備技術，具體的是涉及一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，特別是涉及異丙基丙烯酰胺接枝甲基纖維素的共聚物。
背景技術：
隨著科學技術的發展，人們在不斷尋求具有新特性、新功能的智能高分子材料，其中刺激響應性高分子凝膠最為引人注目。刺激響應性高分子凝膠是其結構、物理性質、化學性質可以隨外界環境改變而變化的高分子凝膠。當這種凝膠受到環境刺激時就會隨之響應，即當溶劑組成的PH值、離子強度、溫度、光強度(紫外光或可見光)和電場等刺激信號發生變化時，或受到特異的化學物質的刺激時，凝膠就會發生溶脹相一收縮相的轉變行為。對溫度刺激產生響應的聚合物，稱為溫敏性聚合物，它能感知外界的溫度變化，并能產生相應的物理結構及化學性質變化甚至突變，其性質決定于單體種類、交聯密度以及聚合的工藝條件。溫敏性聚合物在水溶液中的溶解度與一般物質受熱后分子運動呈截然相反的規律，即當溫度升高，超出某一特定溫度后，聚合物的溶解度反而下降，甚至從水溶液中沉淀出來。這一特定溫度，稱之為低臨界溶解溫度(LCST)。具有LCST的聚合物有N-烷基取代丙烯酰胺類聚合物，羥丙基甲基丙烯酸甲酯，羥丙基甲基纖維素(HPC )，聚(氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯)(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0, Poloxamers或Pluronic )體系，聚乙烯基甲基醚(PVME)等。其中，聚[N-異丙基丙烯酰胺](PNIPAAm )的LCST在32-34 V之間變化，相轉變明顯，轉變行為可逆，因而受到廣泛關注。近年來，Ranee等以亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，合成了輕度交聯的異丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚物凝膠。在室溫下，凝膠體系柔軟透明，可通過小直徑孔隙，溫度升至體溫時，變成不透明的堅硬凝膠，而體積無明顯變化，僅釋放出少量的孔隙水。用該凝膠體外培養的牛關節軟骨細胞，可存活觀天，在基質中形成軟骨狀組織。Lin等合成了異丙基丙烯酰胺低聚體與多臂聚乙二醇(PEG )的星形嵌段共聚物。當聚合物溶液濃度大于20wt %時，升溫至沈-33 V，溶液體系1分鐘內形成粘彈性凝膠。共聚物水溶液粘度較低可用25G針頭注射，凝膠強度高且脫水收縮率低，凝膠過程迅速，有望用于藥物釋放體系、細胞包囊以及解剖栓塞材料。Han等合成了具有較高分子量的異丙基丙烯酰胺與丙烯酸的共聚物，其水溶液臨界凝膠濃度^t %，在 320C附近凝膠。此過程可逆，無脫水收縮現象。產生的凝膠不透明，并且比較松散，一定剪切力下可變形。該凝膠無細胞毒性。事實上，當水凝膠溶于水，形成的均一可流動的液體便是溶膠，在無化學反應的情況下，隨溫度變化通過溶膠-凝膠轉變形成水凝膠，避免使用有機溶劑和交聯劑，體內操作簡單安全。此種可注射溫度敏感聚合物己被研究用于藥物釋放載體和組織工程支架材料。 值得一提的是，聚異丙基丙烯酰胺水溶液在生理溫度下可原位凝膠，且不受植入部位的幾何形狀限制。鑒于此，我們設想將異丙基丙烯酰胺聚合物用作栓塞材料，隨溫度的改變溶膠注射入體內發生凝膠，以堵塞腫瘤周圍的微小血管，使腫瘤缺少氧氣和養分供應而自然壞死。但是，POTPAAm水溶液在轉變點易形成沉淀脫水，難以形成富含水分的凝膠，而甲基纖維素(MC )亦具有溫度響應性，且凝膠化后不易脫水，無毒；是很好的生物材料。針對以上特點，我們綜合兩種聚合物的優點，設計合成了聚異丙基丙烯酰胺-接枝-甲基纖維素( PNIPAAm-g-MC )聚合物。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，以該方法制備的凝膠具有LCST接近體溫，轉變速度快，強度高，富含水分等特點。本發明通過下述技術方案加以實現
采用包括異丙基丙烯酰胺和甲基纖維素為原料，制備異丙基丙烯酰胺接枝甲基纖維素的可注射溫敏性凝膠栓塞材料的方法。其特征在于
(1)甲基纖維素(MC )溶液的配制將MC溶于去離子水，5-10 0C下低速磁力攪拌 24h，得到MC溶液。(2)聚異丙基丙烯酰胺一接枝一甲基纖維素(PNIPAAm-g-MC )共聚物的制備將異丙基丙烯酰胺單體(NIPAAm )溶于去離子水，配制成NIPAAm溶液；銨照NIPAAm與MC 質量比為25 1至1 25的比例，將上述兩種溶液混合，開啟磁力攪拌，并在氮氣保護下加入引發劑過硫酸銨，其加入量銨異丙基丙烯酸胺和甲基纖維素質量和的質量百分比1 %-2 %計，以及與引發劑等物質的量的促進劑四甲基乙二胺(TMEDA )，室溫反應10-14h ，取出產物透析三天，待冷凍干燥后得PNIPAAm-g-MC共聚物。上述的兩種物質的質量比優選10 1至1 1。發明的優點的在于，MC亦具有溫度響應性，其LCST在60-80 V，且凝膠化后不易脫水，無毒，是很好的生物材料，在其上接枝NIPAAm，形成異丙基丙烯酰胺接枝甲基纖維素共聚物，該共聚物的LCST為35-36 V，接近體溫，溶膠-凝膠轉變可控制在一分鐘之內，轉變速度快，強度高，富含水分。
圖1為PNIPAAm的紅外譜2為MC的紅外譜圖
圖3和圖4為PNIPAAm與Mc不同配比的PNIPAAm-g-MC共聚物的紅外光譜5為實施例一和實施例二的PNIPAAm-g-Mc共聚物的Dsc6為實施例一的PNIPAAm-g-Mc共聚物的DMA7為實施例二的PNIPAAm-g-Mc共聚物的DMA在上述的圖3和圖4中，與PNIPAAm均聚物相比，PNIPAAm-g-Mc共聚物的紅外譜圖在1070-1120(3!^1以及3455CHT1處出現了新的譜峰，此分別為醚鍵和羥基的伸縮振動， 說明共聚產物中確實含有MC成分。從圖中還可看到，MC的譜帶峰的強度隨著配比量的增加而逐漸增加，即證實共聚物中MC鏈節隨著配料比的增加在共聚物中的實際含量的增加。
具體實施例方式實施例一
4稱取0.2g甲基纖維素，溶于40ml蒸餾水，低速磁力攪拌Mh，得到MC溶液。在三口瓶中加入20ml蒸餾水，稱取2g NIPAAm溶于其中，加入已配好的MC溶液，開啟磁力攪拌，通氮氣20min后加入過硫酸銨0 . 0352g、TMEDA 45.5 μ L，氮氣保護下室溫下反應 12h，取出產物透析三天，待冷凍干燥后得加料比10 1的PNIPAAm-g-Mc共聚物。紅外光譜檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為0.5 %的溶液，40 0C下真空烘箱烘干成膜，在Bio-Rad FTS135傅立葉紅外光譜儀測定樣品的紅外光譜，如圖3 所示。DSC檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置 12h得到濃溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差掃描量熱儀上測定的試樣的熱轉變，溫度范圍定為10 V -70 V，升溫速率5 V / min，如圖5所示。動態力學性能(DMA )檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置1 得到濃溶液。在NETzscH dma上測定樣品的貯存模量，溫度范圍 25-70 °C，頻率為10 Hz，如圖6所示。目測法測量凝膠速度稱取一定量的共聚物配成質量濃度為5 %的溶液，移入直徑O.km的試管中，放入36 0C的恒溫水浴同時開始計時，直到試樣完全轉變成不可流動的水凝膠停止計時，測得sol-gel轉變時間、，將此水凝膠試樣放入空氣中自然冷卻， 測得gel-sol轉變時間t2。實施例二
稱取0.40g甲基纖維素，溶于40ml蒸餾水，低速磁力攪拌Mh，得到MC溶液。在三口瓶中加入20ml蒸餾水，稱取2g NIPAAm溶于其中，加入已配好的MC溶液，開啟磁力攪拌，通氮氣20min后加入過硫酸銨0.0384g、TMEDA 49.6 μ L，氮氣保護下室溫下反應12h，取出產物透析三天，待冷凍干燥后得加料比5 1的PNIPAAm-g-MC共聚物。紅外光譜檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為0.5 %的溶液，40 0C下真空烘箱烘干成膜，在Bio-Rad FTS135傅立葉紅外光譜儀測定樣品的紅外光譜，如圖3 所示。DSC檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置 12h得到濃溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差掃描量熱儀上測定的試樣的熱轉變，溫度范圍定為10 0C -70 V，升溫速率5 V / min，如圖5所示。動態力學性能的檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置1 !得到濃溶液。在NETZSCH DMA上測定樣品的貯存模量，溫度范圍25-70 V，頻率為10 Hz，如圖7所示。目測法測量凝膠速度稱取一定量的共聚物配成質量濃度為5 %的溶液，移入直徑O.km的試管中，放入36 0C的恒溫水浴同時開始計時，直到試樣完全轉變成不可流動的水凝膠停止計時，測得sol-gel轉變時間、，將此水凝膠試樣放入空氣中自然冷卻， 測得gel-sol轉變時間t2。實施例三
稱取0.25g甲基纖維素，溶于40ml蒸餾水，低速磁力攪拌Mh，得到MC溶液。在三口瓶中加入20ml蒸餾水，稱取2g NIPAAm溶于其中，加入己配好的MC溶液，開啟磁力攪拌，通氮氣20min后加入過硫酸銨0 . 0360g、TMEDA 46.5 μ L，氮氣保護下室溫下反應1 ，取出產物透析三天，待冷凍干燥后得加料比8 :1的PNIPAAm-g-MC共聚物。紅外光譜檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為0.5 %的溶液，40 0C下真空烘箱烘干成膜，在Bio-Rad FTS135傅立葉紅外光譜儀測定樣品的紅外光譜，如圖3 所示。DSC檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置 12h得到濃溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差掃描量熱儀上測定的試樣的熱轉變，溫度范圍定為10 0C -70 V，升溫速率5 0C /min。動態力學性能的檢測稱取一定量的共聚物配成質量濃度為10 %的溶液，振蕩均勻，靜置1 !得到濃溶液。在NETZSCH DMA上測定樣品的貯存模量，溫度范圍25-70 "C，頻率為10 Hz。目測法測量凝膠速度稱取一定量的共聚物配成質量濃度為5 %的溶液，移入直徑O.km的試管中，放入36 0C的恒溫水浴同時開始計時，直到試樣完全轉變成不可流動的水凝膠停止計時，測得sol-gel轉變時間、，將此水凝膠試樣放入空氣中自然冷卻， 測得gel-sol轉變時間t2。上述實施例得到的PNIPAAm-g-MC共聚物及均聚物PNIPAAm的溶膠-凝膠及凝膠_溶膠轉變時間如下表所示__
權利要求
1.一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，其特征在于采用異丙基丙烯酰胺和甲基纖維素為原料；制備步驟是(1)將甲基纖維素溶于去離子水，5-100C下低速磁力攪拌Mh，得到甲基纖維素溶液；(2)將異丙基丙烯酰胺單體溶于去離子水，配制成異丙基丙烯酰胺溶液；(3)按照異丙基丙烯酰胺與甲基纖維素質量比為25 1至1 25的比例，將上述兩種溶液混合，開啟磁力攪拌，并在氮氣保護下加入引發劑過硫酸銨，，以及與引發劑等物質的量的促進劑四甲基乙二胺，室溫反應10_14h，取出產物透析三天，冷凍干燥后得 PNIPAAm-g-MC 共聚物。
2.根據權利要求1所述的一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，其特征在于上述的引發劑過硫酸銨，其加入量為異丙基丙烯酰胺和甲基纖維素質量和的質量百分比1% ο
3.根據權利要求1和2所述的一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，其特征在于，力口入的異丙基丙烯酸胺與甲基纖維素的質量比優選5:1。
全文摘要
本發明公開了一種高強度溫敏性凝膠及其制備方法，屬于生物醫學工程領域中的血管栓塞材料的制備技術。該方法將甲基纖維素溶液與異丙基丙烯酰胺溶液按照異丙基丙烯酰胺與甲基纖維素質量比25:1至1:25的比例混合，加入引發劑過硫酸銨以及促進劑四甲基乙二胺，室溫下反應，反應產物經冷凍干燥后得PNIPAAm-g-MC共聚物。本發明的優點在于，制得的共聚物的低臨界溶解溫度為35-36℃，接近體溫，溶膠-凝膠轉變可控制在一分鐘之內，轉變速度快，強度高，富含水分。
文檔編號A61K47/38GK102477136SQ201010553578
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者杜沖 申請人:大連創達技術交易市場有限公司