專利名稱：一種環境響應型共聚水凝膠及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種智能型水凝膠及其制備方法，具體為一種環境響應型N-異丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide，NIPA)與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物(MA-Dex)共聚水凝膠及其制備方法技術，屬于功能高分子材料領域，國際專利分類號擬為Int.C17C08F20/54。
背景技術：
智能型水凝膠是一類對于外界環境微小的物理或化學刺激，其自身性質會發生明顯變化的水凝膠。它是交聯的親水性聚合物網絡，不溶于水，但卻可以在水中溶脹。已經研究過的典型的外界環境刺激有溫度、pH值、電場、離子強度、溶劑、反應物、光和化學物質等。由于智能型水凝膠具有含水量高，生物相容性好等優點，因而在生物技術，如藥物控放體系、接觸鏡頭、傷口包扎材料和生物制藥等方面得到廣泛的研發與應用。
在眾多的智能型水凝膠中，溫度敏感的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝膠目前研究最為廣泛。PNIPA水凝膠具有良好的溫度敏感特性，較低臨界溶解溫度(LCST)，約為32℃。在該溫度以上，溶脹的水凝膠會失水收縮；而在這個溫度之下，水凝膠則會再度吸水溶脹。但PNIPA水凝膠也存在著缺點在溶脹狀態下過于柔軟，難以定型；同時凝膠的體積變化相對較慢。顯然，這將使其應用受到限制。因此，加強其機械強度，提高其響應性(速度)，將是一個急待解決的重要課題。
研究還發現，NIPA與某些單體形成的共聚水凝膠也具有PNIPA同樣的特性(但LCST值可能變化)。與NIPA合成共聚水凝膠的物質可以有以下幾類1.非離子單體。例如使用丙烯酰胺類單體與NIPA共聚合成了溫度敏感的水凝膠。丙烯酰胺類單體具有親水性，它的加入可以提高整個凝膠網絡的親水/疏水比，使其與水分子形成的氫鍵數目增加，需要較多能量才能破壞這些氫鍵，故可以通過改變丙烯酰胺類單體的含量來提高水凝膠的LCST。但是這類凝膠一般響應速度較慢，而提高它們的響應速度又需引入新的技術(如加入制孔劑或制成微球)，所以過程復雜，實用性低(參見文獻1“氧化還原法合成溫度響應的N-異丙基丙烯酰胺-N-羥甲基丙烯酰胺凝膠”(“Synthesis ofthermoresponsive N-isopropylacrylamide-N-hydroxymethl acrylamidehydrogels by redox polymerization”)，B Yldz，B Isk，M.Ks.聚合物(Polymer).2001，422521-2529)。
2.陰離子單體。例如NIPA與丙烯酸的共聚水凝膠。這種水凝膠不僅具有溫度敏感性質，還具有對環境pH值敏感的性質，即當水凝膠處于酸性條件下時呈現收縮狀態，而處于弱堿條件下則呈現溶脹狀態。但是其在水溶液中溶脹行為受鹽離子的影響較大，因而使其在一些方面的應用受到了限制(參見文獻2“一種用于腸藥物釋放的新型pH敏感凝膠的制備方法”(“Anovel-approach for preparation of pH-sens i t ive hydrogels for entericdrug delivery’)，Dong L C，Hoffman A S.控制釋放雜志(J ControlledRelease).1991，15(2)141-152)。
3陽離子單體。例如有學者將NIPA與N-乙烯基吡咯烷酮共聚合成水凝膠。發現N-乙烯基吡咯烷酮能顯著延長共聚體系的凝膠化時間，而且同PNIPA水凝膠相比，共聚水凝膠具有較好的溫度響應性。但N-乙烯基吡咯烷酮共聚凝膠的LCST不可調。這也就限制了其在實際中的應用范圍 (參見文獻3“N-異丙基丙烯酰胺/N-乙烯基吡咯烷酮水凝膠的研究”，劉郁揚，范曉東，邵穎慧，功能高分子學報，2000，13380-385)。
4.兩性單體。例如由NIPA與SPV(1-(3-sulphopropyl)-2-vinylpyridinium-betaine)合成的水凝膠。由于SPV由陰陽兩種離子組成，因而稱為兩性水凝膠。這種兩性水凝膠的溶脹性能在鹽濃度低時會升高，而在鹽濃度高時會降低，當鹽濃度低于1mol/dm3時溶脹比高于其在純水中的溶脹比。雖然這種兩性水凝膠可以克服水溶液中鹽離子的鹽離子的引入對其溶脹行為的影響，但是這種方法合成特定結構單體的過程復雜，且沒有普遍性，因此很難在實際中得到應用(參見文獻4“N-異丙基丙烯酰胺與兩性共聚單體凝膠的熱可逆溶脹行為”(“Thermoreversible swelling behavior ofhydrogels based on N-isopropylacrylamide with zwitterioniccomonomer”)，Wei Xue，Simon Champ，Malcolm B Hugling.歐洲聚合物雜志(European Polymer Journal)，2001，37869-875)。
從以上分析可以看出，上述四類可以與NIPA共聚的單體都有各自的局限性，不是LCST不可調，就是響應速度低，解決了某方面問題，又影響了另一方面特性。特別應當指出的是，上述四類單體均屬于化學合成物質，因此這些水凝膠的生物相容性不好，不可降解，并且機械強度一般。這就使其在實際中的應用受到很大限制。例如，在需要高強度和/或生物相容性的分離技術及新型凝膠機器等方面就得不到應用。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是提供一種新型的環境響應型共聚水凝膠及其制備方法。該水凝膠應當既具有較好的溫度敏感性，又具有較快的響應速度，同時還具有較高的強度和良好的生物相容性；該水凝膠的制備方法具有工藝簡單，不需要特殊設備，工業化實施容易等特點。
本發明解決所述的水凝膠技術問題的技術方案是設計一種環境響應型共聚水凝膠，其質量百分比組分為N-異丙基丙烯酰胺90-10％，甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物10-90％。
同時設計的該環境響應型共聚水凝膠的制備方法包括如下步驟(1)制備葡聚糖與二甲基亞砜的混和溶液；在容器中加入葡聚糖和二甲基亞砜，50-80℃攪拌至葡聚糖完全溶解于溶劑中并冷卻至室溫；葡聚糖用量與二甲基亞砜的用量比為1g∶10ml；(2)合成甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物；氮氣氛圍條件下，在第(1)步所得混合溶液中加入催化劑4-二甲氨基吡啶，待其溶解后，加入甲基丙烯酸環氧丙酯，混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24-72小時后，再加入鹽酸中和4-二甲氨基吡啶，停止反應；用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3-5次后抽真空干燥，所得即為甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物；所述甲基丙烯酸環氧丙酯的用量與葡聚糖中吡喃型葡萄糖殘基量的摩爾比a為1∶3-1∶8，4-二甲氨基吡啶的用量占葡聚糖用量的質量百分比為20％，鹽酸用量與4-二甲氨基吡啶的用量的摩爾比b為1；(3)合成N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚凝膠；將上述N-異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物按所述質量比分別溶于去離子水中，再加入引發劑過硫酸銨或過硫酸鉀，將所得混合溶液充N2氣10-20分鐘，然后迅速加入適量促進劑N，N，N`，N`-四甲基乙二胺，倒入模具中，密封，室溫反應8-24小時后，將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次，4-7天即得環境響應型N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚水凝膠；其中所述的甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺的總用量占溶劑用量的質量百分比為15-50％，引發劑的用量占甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺總用量的質量百分比為1-3％，促進劑的用量與引發劑用量的摩爾比c為1∶1-1∶3。
本發明的環境響應型共聚水凝膠，即環境響應型N-異丙基丙烯酰胺(NIPA)與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物(MA-Dex)共聚水凝膠，系采用甲基丙烯酸環氧丙酯(GMA)對葡聚糖進行化學改性，合成出具有反應活性的葡聚糖衍生物甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物(methacrylate-derivatized Dextran，MA-Dex)，然后將MA-Dex與NIPA進行共聚而得到的一種新型環境響應型水凝膠P(NIPA-co-MA-Dex)。與前述幾類的NIPA共聚水凝膠相比，本發明提出的環境響應型共聚水凝膠具有更好的綜合性能即對溫度、pH值和離子強度都具有較好的敏感性(因此稱為環境響應型)；這是因為既有的MA-Dex凝膠對pH值和離子強度具有較好的敏感性，并且對溫度響應迅速；同時具有較好的溶脹性能和較高的機械強度及韌性，其因在于MA-Dex分子量大，因而其較長的分子鏈使得整個凝膠網絡具有很好的伸縮性。本發明水凝膠根據需要可以合成的LCST為33-41℃，即其LCST可以在更大的范圍內調節，具有更好或更廣的實際應用性。前述文獻3中報道了單體濃度為15wt％的均聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠在25℃時的溶脹比(溶脹比是指某一溫度下達到穩定溶脹狀態時水凝膠與其真空干燥至恒重的凝膠的質量比)約為7，而本發明的環境響應型水凝膠在同樣的外界條件下，溶脹比可達20-70甚至更高，也即最大可比現有技術提高10倍，同時該產品還具有很好的完整性，不易破碎，表現出較理想的機械性能。特別是由于本發明環境響應型水凝膠的組分中引入了天然高分子的葡聚糖衍生物，所以具有現有技術沒有的良好的生物相容性和生物降解性，因而大大拓展了本發明的應用領域。由于所述的良好綜合特性，本發明環境響應型水凝膠在需要高強度和/或生物相容性的分離技術及新型凝膠機器等方面可以得到廣泛應用。
本發明環境響應型水凝膠的制備方法，與前述幾類NIPA共聚凝膠的制備方法相比，沒有使用特殊或專用的設備，并且在制備方法的合成P(NIPA-co-MA-Dex)水凝膠過程中不需要加入交聯劑，因此工藝簡單，易于工業化實施。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步敘述本發明本發明環境響應型水凝膠的質量百分比組分為N-異丙基丙烯酰胺90-10％，甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物10-90％。當甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物(MA-Dex)質量百分配比低于10％時，其對pH值和離子強度的響應性不明顯；而當其高于90％時，則對溫度的響應性不明顯。盡管MA-Dex的質量百分配比為10-90％，都可以完成本發明的任務，但更理想或用途更廣的質量百分比組分為40-60％。所述的葡聚糖的分子量為1-4萬，過低或過高的分子量都不利于實現本發明的目的。
在發明環境響應型水凝膠的制備方法包括三個步驟(1)制備葡聚糖與二甲基亞砜的混和溶液。在容器中加入規定質量百分比的葡聚糖和溶劑二甲基亞砜，50-80℃攪拌至葡聚糖完全溶解于溶劑中并冷卻至室溫；葡聚糖用量與二甲基亞砜的用量比為1g∶10ml；(2)合成葡聚糖衍生物。氮氣氛圍條件下，在第(1)步所得混合溶液中加入催化劑4-二甲氨基吡啶，待其溶解后，加入甲基丙烯酸環氧丙酯，混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24-72小時后，再加入鹽酸中和4-二甲氨基吡啶，停止反應；用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3-5次后抽真空干燥，所得白色粉末即為葡聚糖衍生物。所述甲基丙烯酸環氧丙酯的用量與葡聚糖中吡喃型葡萄糖殘基量的摩爾比a為1∶3-1∶8，4-二甲氨基吡啶的用量占葡聚糖用量的質量百分比為20％，鹽酸用量與4-二甲氨基吡啶的用量的摩爾比b為1；所述的室溫條件下反應的時間低于24小時，反應不充分，而高于72小時反應效果也不明顯。考慮到質量和效率平衡，混合溶液在室溫條件下一般反應40-50小時為宜。
(3)合成N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚凝膠。將上述N-異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物按所述質量百分比分別溶于去離子水中，再加入引發劑過硫酸銨或過硫酸鉀，將所得混合溶液充N2氣10-20分鐘，然后迅速加入適量促進劑N，N，N`，N`-四甲基乙二胺，倒入模具中，密封，室溫反應8-24小時，更理想的室溫反應時間是12-18小時。然后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次，以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。4-7天后即可得環境響應型N-異丙基丙烯酰胺與葡聚糖共聚水凝膠。其中所述的甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺的總用量占溶劑用量的質量百分比為15-50％，而更理想的質量百分比為15-25％；引發劑的用量占甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺總用量的質量百分比為1-3％，促進劑的用量與引發劑用量的摩爾比c為1∶1-1∶3。
下面介紹本發明的具體實施例實施例1氮氣氛圍條件下，50℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 40000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解并冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入8.4ml GMA；混合溶液經攪拌，室溫條件下反應72h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶3的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.4g和NIPA 3.6g(r＝10％)溶于20ml的去離子水中，再加入0.04g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入促進劑N，N，N`，N`-四甲基乙二胺0.10ml，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應24小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。4天后所得凝膠即為本發明含10％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例2氮氣氛圍條件下，50℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 40000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入5.6ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應48h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌5次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶3的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.8g和NIPA 1.2g(r＝40％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣15min，然后迅速加入0.05ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。5天后所得凝膠即為本發明含40％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例3氮氣氛圍條件下，60℃在容器中將10g葡聚糖(Dextran 10000)溶于100ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶2g，再加入2.8ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶3的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.0g和NIPA 1.0g(r＝50％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.10ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。7天后所得凝膠即為本發明含50％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例4氮氣氛圍條件下，70℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 40000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入8.4ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應400h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶3的MA-Dex。將上述MA-Dex 4.8g和NIPA 3.2g(r＝60％)溶于20ml的去離子水中，再加入0.04g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣20min，然后迅速加入0.10ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應24小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。6天后所得凝膠即為本發明含60％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例5氮氣氛圍條件下，80℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 40000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入5.6ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應48h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶3的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.6g和NIPA 0.4g(r＝80％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.05ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。7天后所得凝膠即為本發明含80％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例6氮氣氛圍條件下，50℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 40000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入4.2ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應500h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶6的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.8g和NIPA 3.2g(r＝20％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.08g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.20ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應8小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。4天后所得凝膠即為本發明含20％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例7氮氣氛圍條件下，60℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 40000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入2.8ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應48h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶6的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.8g和NIPA 1.2g(r＝40％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣15min，然后迅速加入0.10ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片規格玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。5天后所得凝膠即為本發明含40％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例8氮氣氛圍條件下，65℃在容器中將10g葡聚糖(Dextran 10000)溶于100ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶2g，再加入1.4ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶6的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.0g和NIPA 1.0g(r＝50％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.15ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應15小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。5天后所得凝膠即為本發明含50％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例9氮氣氛圍條件下，70℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 40000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入4.2ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應72h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶6的MA-Dex。將上述MA-Dex3.6g和NIPA 2.4g(r＝60％)溶于20ml的去離子水中，再加入0.06g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣20min，然后迅速加入0.30ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。6天后所得凝膠即為本發明含60％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例10氮氣氛圍條件下，80℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 20000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入2.8ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應50h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶6的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.6g和NIPA 0.4g(r＝80％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.05ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應18小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。7天后所得凝膠即為本發明含80％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例11氮氣氛圍條件下，50℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 40000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入3.15ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應72h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶8的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.8g和NIPA 3.2g(r＝20％)溶于20ml的去離子水中，再加入0.04g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.10ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應8小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。4天后所得凝膠即為本發明含20％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例12氮氣氛圍條件下，55℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 20000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入2.1ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應45h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌5次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶8的MA-Dex。將上述MA-Dex 0.8g和NIPA 1.2g(r＝40％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.02g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣15min，然后迅速加入0.05ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應12小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。5天后所得凝膠即為本發明含40％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例13氮氣氛圍條件下，60℃在容器中將10g葡聚糖(Dextran 40000)溶于100ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶2g，再加入1.05ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶8的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.5g和NIPA 1.5g(r＝50％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.09g的過硫酸銨。混合溶液充N2氣10min，然后迅速加入0.45ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應16小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。6天后所得凝膠即為本發明含50％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例14氮氣氛圍條件下，70℃在容器中將30g葡聚糖(Dextran 20000)溶于300ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶6g，再加入3.15ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應48h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌4次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶8的MA-Dex。將上述MA-Dex 1.8g和NIPA 1.2g(r＝60％)溶于20ml的去離子水中，再加入0.06g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣20min，然后迅速加入0.30ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由兩片玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應20小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。6天后所得凝膠即為本發明含60％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
實施例15氮氣氛圍條件下，80℃在容器中將20g葡聚糖(Dextran 40000)溶于200ml二甲基亞砜中，待其完全溶解冷卻至室溫后加入催化劑4-二甲氨基吡啶4g，再加入2.10ml GMA。混合溶液經攪拌，室溫條件下反應50h后加入一定量的鹽酸，以中和4-二甲氨基吡啶，停止反應。用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌5次后抽真空干燥，所得白色粉末即為a＝1∶8的MA-Dex。將上述MA-Dex 9.0g和NIPA 1.0g(r＝90％)溶于10ml的去離子水中，再加入0.10g的過硫酸鉀。混合溶液充N2氣20min，然后迅速加入0.25ml的N，N，N`，N`-四甲基乙二胺作促進劑，倒入由玻璃板制成的模具中，密封，室溫反應24小時后將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次以除去未反應的小分子，并使其在室溫下充分溶脹。7天后所得凝膠即為本發明含90％甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物的環境響應型共聚水凝膠。
權利要求
1.一種環境響應型共聚水凝膠，其質量百分比組分為N-異丙基丙烯酰胺 90-10％，甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物 10-90％。
2.根據權利要求1所述的環境響應型共聚水凝膠，其特征在于所述的質量百分比組分為N-異丙基丙烯酰胺 60-40％，甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物 40-60％。
3.根據權利要求1或2所述的環境響應型共聚水凝膠的制備方法，其特征在于該制備方法包括如下步驟(1)制備葡聚糖與二甲基亞砜的混和溶液；在容器中加入葡聚糖和二甲基亞砜，50-80℃攪拌至葡聚糖完全溶解于溶劑中并冷卻至室溫；葡聚糖用量與二甲基亞砜的用量比為1g∶10ml；(2)合成甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物；氮氣氛圍條件下，在第(1)步所得混合溶液中加入催化劑4-二甲氨基吡啶，待其溶解后，加入甲基丙烯酸環氧丙酯，混合溶液經攪拌，室溫條件下反應24-72小時后，再加入鹽酸中和4-二甲氨基吡啶，停止反應；用沉淀法將所得反應混合物經無水乙醇反復洗滌3-5次后抽真空干燥，所得即為甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物；所述甲基丙烯酸環氧丙酯的用量與葡聚糖中吡喃型葡萄糖殘基量的摩爾比a為1∶3-1∶8，4-二甲氨基吡啶的用量占葡聚糖用量的質量百分比為20％，鹽酸用量與4-二甲氨基吡啶的用量的摩爾比b為1；(3)合成N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚凝膠；將上述N-異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物按所述質量比分別溶于去離子水中，再加入引發劑過硫酸銨或過硫酸鉀，將所得混合溶液充N2氣10-20分鐘，然后迅速加入適量促進劑N，N，N｀，N｀-四甲基乙二胺，倒入模具中，密封，室溫反應8-24小時后，將其切成小塊，泡入蒸餾水中，每天換水至少1次，4-7天后即得環境響應型N-異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚水凝膠；其中所述的甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺的總用量占溶劑用量的質量百分比為15-50％，引發劑的用量占甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺總用量的質量百分比為1-3％，促進劑的用量與引發劑用量的摩爾比c為1∶1-1∶3。
4.根據權利要求3所述的環境響應型共聚水凝膠的制備方法，其特征在于所述第(2)步驟中的混合溶液在室溫條件下反應40-50小時，所述的摩爾比a為1∶3-1∶6。
5.根據權利要求3或4所述的環境響應型共聚水凝膠的制備方法，其特征在于所述第(3)步驟中的甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物和N-異丙基丙烯酰胺的總用量占溶劑用量的質量百分比為15-25％；室溫反應時間為12-18小時。
全文摘要
本發明涉及一種環境響應型共聚水凝膠及其制備方法，其水凝膠的質量百分比組分為N－異丙基丙烯酰胺90－10％，甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物10－90％；其制備方法系采用甲基丙烯酸環氧丙酯(GMA)對葡聚糖進行化學改性，合成出具有反應活性的葡聚糖衍生物甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物(MA－Dex)，然后將MA－Dex與NIPA進行共聚而得到所述的環境響應型水凝膠P(NIPA－co－MA－Dex)，具體包括(1)制備葡聚糖與二甲基亞砜的混和溶液；(2)合成甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物；(3)合成N－異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚凝膠。該水凝膠具有較好的溫度敏感性和較快的響應速度，同時還具有較高的強度和良好的生物相容性；該水凝膠的制備方法具有工藝簡單，不需要特殊設備，工業化實施容易等特點。
文檔編號C08F220/56GK1526747SQ03144329
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月24日 優先權日2003年9月24日
發明者莉 陳, 陳莉, 董晶 申請人:天津工業大學