一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及了一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠及其制備方法，其整體結構為嵌段型；制備中以小分子葡萄糖為原料，經過酯化反應，首先合成含有可聚合雙鍵的糖基單體，然后以三硫代碳酸酯為鏈轉移劑，通過可逆加成斷裂鏈轉移劑自由基聚合方法與光敏單體聚合制備了嵌段結構的光敏糖基智能水凝膠。通過本發明的方法制備了凝膠分子骨架為嵌段結構，并且其結構可以調控，而且本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性；本發明所制備的光敏水凝膠具有良好的光刺激響應性能。
【專利說明】一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠及其制備方法。
【背景技術】
[0002]水凝膠是指一種主鏈或支鏈含有大量親水性基團并吸附有大量水分的具有三維網狀結構的交聯聚合物。水凝膠在水中溶脹但不溶解，在保持一定形狀的同時含有大量水分。根據對環境刺激應答不同可分為對刺激不敏感的傳統水凝膠和對刺激產生響應的環境敏感水凝膠，后者又稱智能水凝膠。所謂智能性水凝膠，是指在外界物理和化學因素，如溫度、pH、光、電、磁、聲、力和化學物質等的刺激下自身體積和形狀可以發生可逆變化的水凝膠。由于智能型水凝膠的獨特響應性，在化學轉換器、記憶元件開關、傳感器、人造肌肉、化學存儲器、分子分離體系、活性酶的固定、組織工程、藥物載體等方面具有很好的應用前景。
[0003]光源具有清潔安全、容易使用和控制的特點，因此光敏水凝膠在諸如化學傳感器、光控開關、顯示裝置、光控藥物釋放、固定化酶、組織工程等工業領域或生物醫學領域都具有廣闊的應用前景。與溫敏、PH敏感性水凝膠相比，光敏水凝膠的研究開展地相對較晚。但由于光刺激可以保證連續性和精確性，故光敏水凝膠有其獨特的優勢:成型條件溫和、形狀任意調控、響應速度快、可以實現定域響應的目標，近年來該類水凝膠的研究受到普遍關注。該類水凝膠體積相轉變是在光(如紫外光、可見光、紅外線等)作用下發生的，而且響應過程具有可逆性:去掉光刺激后，凝膠即恢復原來狀態。目前光敏水凝膠的響應機理有三種:一種是利用感光化合物見光分解，在凝膠內部產生大量離子，引起凝膠內部滲透壓的突變，溶劑由外向內擴散，促使凝膠發生體積相轉變。一種是溫敏性凝膠與光敏分子形成復合體系，當凝膠吸收一定能量的光子后，光敏分子將光能轉化為熱能，使凝膠內部局部溫度升高，當溫度升高到凝膠的相轉變溫度時，引起凝膠的體積相轉變。更常見的是在高分子主鏈或側鏈引入光敏分子，通過光敏分子的異構化作用，引起分子構型的變化，進而使凝膠產生響應性。
[0004]由于大多數合成高分子的生物相容性和生物降解性較差，限制了其在生物醫藥方面的應用。于是具有良好生物相容性、無毒、環境友好，并具有較多活性基團的天然高分子近年來逐漸成為制備水凝膠的理想材料。與此相對應，與合成高分子相比，天然高分子水凝膠具有低毒性、良好的生物相容性、對環境敏感以及低廉的價格等優點，然而機械強度差，性能不穩定，易降解等不足還有待于改善。由此看見，將低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、優良的機械性能和環境敏感性這幾點完美結合起來，制備出新型、綠色的智能水凝膠是今后努力的研究方向。糖類化合物作為一類天然可再生生物質資源，具有石油化工原料所不具備的良好的生物相容性、生物降解性、無毒、無刺激等優勢，因此，引入糖基的光敏智能水凝膠具有廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了獲得一種生物相容性良好的光敏智能水凝膠，通過引入葡萄糖小分子，制備了一類結構可控的嵌段結構光敏智能水凝膠。
[0006]本發明的技術解決方案是:
一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，在整體分子結構上為嵌段結構；制備中以葡萄糖為原料，經過與不飽和酰鹵進行酯化反應制備糖基單體；采用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合，其中，可聚合雙鍵的酯化試劑為丙烯酰氯，光敏感單體是4-丙烯酰氧基偶氣苯。
[0007]嵌段結構光敏糖基智能水凝膠的制備方法，制備步驟如下:
步驟一:將葡萄糖單體經過OH保護，與不飽和酰鹵制備含有雙鍵的可聚合糖基單體；步驟二:將三硫代碳酸酯鏈轉移劑與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成后，加入光敏單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物；
步驟三:將制備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標嵌段結構光敏糖基智能水凝膠。
[0008]本發明與現有技術相比具有以下優點:1.制備了凝膠分子骨架為嵌段結構，并且其結構可以調控；2.本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性；3.所制備的光敏水凝膠具有良好的光刺激響應性能。
[0009]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為嵌段結構光敏糖基智能水凝膠的示意圖。
[0010]【具體實施方式】:
為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述，下列實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。
[0011]一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，在整體分子結構上為嵌段結構；制備中以葡萄糖為原料，經過與不飽和酰鹵進行酯化反應制備糖基單體；采用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合，其中，可聚合雙鍵的酯化試劑為丙烯酰氯，光敏感單體是4-丙烯酰氧基偶氮苯。
[0012]一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠的制備方法，制備步驟如下:
步驟一:將葡萄糖單體經過OH保護，與不飽和酰鹵制備含有雙鍵的可聚合糖基單體；步驟二:將三硫代碳酸酯鏈轉移劑與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成后，加入光敏單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物；
步驟三:將制備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，如圖1所示。
[0013]實施例1:
雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯的合成:在裝有溫度計回流冷凝管的250 mL的四口燒瓶中，加入干燥的無水丙酮150 mL和粉碎并干燥的葡萄糖9.0 g(0.05 mol),加入催化劑無水FeCl3 (1.7g, 0.01 mol)。在超聲條件下回流反應2h。然后加稀Na2CO3溶液300 ml, CHCl3萃取三次(50 mLX 3)，合并有機相并用飽和食鹽水洗滌(50 mLX 3)，用無水Na2SO4干燥，過濾減壓蒸餾，得粗產物，收率為75.8%，用環己烷重結晶得白色結晶雙丙酮葡萄糖DAG。在250 mL干燥潔凈的三口燒瓶中，加入DAG (10 g，0.04mol)和80 mL干燥四氫呋喃攪拌溶解，在氮氣保護下，將60%氫化鈉(2.4g，0.052 mol)，然后在40°C條件下，攪拌反應lh，緩慢滴加丙烯酰氯(5.45g，0.045 mol)，滴加結束后，繼續反應3h。過濾除去不溶物，減壓除去溶劑，得到雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯，收率為92.3%。
[0014]實施例2:
S，S’ - 二(α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯(CMP)的合成:將二硫化碳(7.61 g, 0.lmol)，三氯甲烷(29.85 g, 0.25mol)，丙酮(14.52 g, 0.25 mol)和四丁基碘化銨(0.74 g, 0.002mol)，正己烷(50 mL)加入到500 mL的三口燒瓶中，三口燒瓶中分別插上恒壓滴液漏斗、溫度計、球形冷凝管(帶有三通)，同時將50%的氫氧化鈉(56 g, 0.7mol)加到恒壓滴液漏斗中。用冰水浴冷卻，保持溫度低于25 °C。通過三通、氣球(內充氮氣)，用循環水泵抽氣，然后打開三通充氣，如此3-4次，使裝置在氮氣保護下。打開恒壓滴液漏斗，保持滴速2秒/滴左右,控制溫度低于25 V。過夜反應。反應完成后加入蒸懼水(300 mL)溶解生成的固體，然后加入濃鹽酸(35 mL)至恒壓滴液漏斗中，打開活塞，滴加濃鹽酸，酸化水層，注意控制溫度低于25 °C。滴加完后，再攪拌30 min，使沒有反應的原料揮發掉。將溶液中的固體過濾出來，并用水洗，得到土黃色粗產物固體，稱得粗CMP 16.81g，粗產率為89.3%。對粗CMP用60%的異丙醇水溶液進行重結晶。
[0015]實施例3:
在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml，然后加入雙丙酮葡萄糖甲基丙烯酸酯10.0 g和三硫代碳酸酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN 0.05 g，在70°C水浴中，反應2h，采用TLC檢測雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯單體聚合完全；隨后加入共聚單體4-丙烯酰氧基偶氮苯10.0 g,在70°C下繼續聚合反應5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段結構光敏糖基水凝膠11.4 g。
`[0016]實施例4:
在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml，然后加入雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯5.0 g和三硫代碳酸酯0.1 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN
0.025 g，在70°C水浴中，反應2h，采用TLC檢測雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯單體聚合完全；隨后加入共聚單體4-丙烯酰氧基偶氮苯10.0 g,在70°C下繼續聚合反應5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段結構光敏糖基水凝膠9.1 g。
[0017]實施例5:
在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml，然后加入雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯10.0 g和三硫代碳酸酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN
0.05 g，在70 °C水浴中，反應2h，采用TLC檢測雙丙酮葡萄糖丙烯酸酯單體聚合完全；隨后加入共聚單體4-丙烯酰氧基偶氮苯5.0 g,在70°C下繼續聚合反應5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2 h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-丙烯酰氧基偶氮苯”嵌段結構光敏糖基水凝膠8.2 g。
[0018]本發明制備了凝膠分子骨架為嵌段結構，并且其結構可以調控；本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性；本發明所制備的光敏水凝膠具有良好的光刺激響應性能。
【權利要求】
1.一種嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，其特征在于:在整體分子結構上為嵌段結構；制備中以葡萄糖為原料，經過與含有雙鍵的不飽和酰鹵進行酯化反應，制備糖基單體；將糖基單體和光敏單體，通過可逆加成斷裂鏈轉移劑，經可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合制備嵌段結構光敏糖基智能水凝膠。
2.根據權利要求1所述的嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，其特征在于:所述的含有雙鍵的不飽和酰鹵為丙烯酰氯。
3.根據權利要求1所述的嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，其特征在于:所述的光敏單體為4-丙烯酰氧基偶氮苯。
4.根據權利要求1所述的嵌段結構光敏糖基智能水凝膠，其特征在于:所述的可逆加成斷裂鏈轉移劑為S，S’ - 二( α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯。
5.一種制備如權利要求1-4中任一項所述的嵌段結構光敏糖基智能水凝膠的方法，其特征在于:制備步驟如下: A:將葡萄糖單體經過OH保護，與不飽和酰鹵制備含有雙鍵的可聚合糖基單體； B:將鏈轉移劑S，S’ - 二(α，α ’ - 二甲基-α ” -乙酸)-三硫代碳酸酯與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到四氫呋喃中，所述可聚合糖基在整個分子鏈中所占比例為10-70%，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成后，加入光敏單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物； C:將制備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標產物嵌段結構光敏糖基智能水凝膠。
【文檔編號】C08J3/075GK103467680SQ201310426821
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】江國慶, 孫同明, 朱金麗, 李建華, 姜國民 申請人:南通大學