一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠及其制備方法，其為互穿網絡結構，是由殼聚糖中的氨基與甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的羧基發生靜電作用形成聚電解質復合物，先形成P(MVE?alt?MA)?CS半互穿網絡結構，之后通過交聯劑N，N’?亞甲基雙丙烯酰胺并加熱使N,N’?亞甲基雙丙烯酰胺雙鍵與殼聚糖中的氨基發生聚合，進一步形成互穿網絡結構得到納米級凝膠。本發明的優點在于該納米凝膠的合成過程簡單綠色,反應條件溫和,適用于大規模生產。該納米凝膠在藥物載體、催化體系、污染處理等方面具有潛在的應用價值。
【專利說明】
一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于聚合物納米凝膠技術領域，特別涉及一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS) pH敏感復合納米凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]納米凝膠(microgel)為交聯聚合物粒子，直徑在1-1OOOnm之間。與塊狀凝膠相比，納米凝膠具有較大的比表面積和較高的負載量，且可以更加迅速、準確地對環境的刺激作出響應，因此，納米凝膠在藥物載體、催化體系、污染處理等方面具有巨大的潛在應用價值。納米凝膠的主要制備方法有分散聚合、沉淀聚合、反相懸浮聚合、反相乳液聚合以及反相微乳液聚合等。
[0003]甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))作為一種親水性、生物相容性和粘附性，聚羧酸聚合物，已在生物技術領域有許多重要的應用，尤其藥理和保健應用，如增稠劑、懸浮劑、牙齒粘附劑和漱口水，病毒的捕獲，核酸的分離，細胞的封裝及培養;另一方面，P(MVE-alt-MA)具羧酸官能團，可以在聚合物主鏈為聚陰離子特性以及易于化學改性。
[0004]殼聚糖(CS)是自然界唯一大量存在的堿性多糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性、抗腫瘤及抗菌性能。殼聚糖吡喃糖環上的氨基化學性質活撥，易于發生各種化學反應，可用于對殼聚糖進行修飾。殼聚糖僅能溶于酸性溶液，這一特性限制了它的應用，在殼聚糖的各種水溶性改性中，降解改性受到了廣泛的關注殼聚糖降解后得到的低聚物，特別是分子量在I萬以下的低聚糖，在提髙巨唾細胞吞噬能力、促進肝臟抗體增長和抑制腫瘤細胞轉移等方面表現出明顯優勢。
[0005]癌癥嚴重威脅人類健康。化學療法是臨床上治療腫瘤的主要手段之一，由于抗癌藥物存在缺乏選擇性、穩定性差、體內半衰期短等缺點，會對正常組織和細胞產生毒副作用。為了克服癌癥治療藥物的諸多缺點，制備具有良好的生物相容性、能夠智能控制藥物釋放的抗癌藥物載體已成為當前的研究熱點。本發明以殼聚糖中的氨基與P (MVE-a I t-MA)的羧基發生靜電作用形成聚電解質復合物，通過N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)交聯殼聚糖形成納米級凝膠。該納米凝膠具有PH敏感性。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠及其制備方法，以解決現有技術中納米凝膠合成步驟復雜，穩定性差，生物相容性差等缺陷。
[0007]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0008]—種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠，其為互穿網絡結構，是由殼聚糖(CS)中的氨基與甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))的羧基發生靜電作用形成聚電解質復合物，先形成P(MVE-alt-MA)-CS半互穿網絡結構，之后通過交聯劑N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)并加熱使N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)雙鍵與殼聚糖(CS)中的氨基發生聚合，進一步形成互穿網絡結構得到納米級凝膠。
[0009]一種制備上述的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，包括如下步驟:
[00?0] 步驟一、制備水溶性殼聚糖(WSC);于室溫下配制濃度為0.25mg/mL?1.0mg/mL的水溶性殼聚糖溶液；
[0011]步驟二、將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，室溫下配制濃度為0.25mg/mL?
1.0mg/mL的甲基乙稀基醚馬來酸共聚物的水溶液；
[0012]步驟三、取步驟二配制的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物溶液于容器中，加入步驟一配置的殼聚糖溶液，容器接有冷凝管，并在容器中通入N2,磁力攪拌12h;加入交聯劑N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)，在犯純化下緩慢加熱至60°C，繼續反應Ih;然后將反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑為ΙΟμπι的濾紙過濾除去聚集體，透析，得到所述復合納米凝膠。
[0013]進一步的，步驟一中，采用雙氧水氧化降解的方法制備水溶性殼聚糖:將殼聚糖分散到濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，于70°C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即為水溶性殼聚糖;其中殼聚糖與雙氧水溶液的質量體積比為10:72g/ml。
[0014]進一步的，所述殼聚糖的脫乙酰度為80%?95%。
[0015]進一步的，所述聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0016]進一步的，步驟三中，甲基乙烯基醚馬來酸共聚物與殼聚糖的體積比為:100:100?100:10。
[0017]進一步的，步驟三中，磁力攪拌的轉速為600rpm-2000rpm。
[0018]進一步的，步驟三中，透析時使用的透析袋截留分子量為8000?14000，透析時間不少于3天。
[0019]進一步的，步驟三中，交聯劑的用量為殼聚糖質量的2%?20%。
[0020 ] 進一步的，步驟三中反應溶液的pH保持在pH=4.8 ± 0.2。
[0021]有益效果:本發明具有以下優點:
[0022]1、本發明原料廉價，合成路線簡單，周期短，無污染，適用于大規模生產。
[0023]2、由于P(MVE-alt-MA)分子中含有大量的羧基及WCS氨基，因此所制備的納米凝膠具有PH敏感性，其粒徑，表面電荷及穩定性等性能可通過pH值調節，使其適應更廣泛的生物醫學應用。
[0024]3、由于P(MVE-alt-MA)分子中含有大量的羧基，因此本發明所制備的納米凝膠表面在一定的PH條件下帶有負電荷，可防止蛋白吸附，延長粒子在體內的循環。
[0025]4、本發明所制備的納米凝膠可通過所含有羧基有利于與含氨基藥物(如鹽酸阿霉素等)通過靜電作用進行藥物負載。
【附圖說明】
[0026]圖1是實施例2獲得的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠透射電鏡圖。
[0027]圖2是實施例2制備的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖 (CS)pH敏感復合納米凝膠在不同pH值條件下粒徑分布圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合【具體實施方式】對本發明作更進一步的說明。
[0029]甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)是對人體和動物無毒無害的高分子材料，具有良好親水性、化學穩定性、生物相容性、生物黏附性的多元羧酸聚合物而被廣泛應用于生物技術、藥理學及保健應用。如作為穩定劑，增塑劑，粘合劑和緩釋劑等。P(MVE-alt-MA)的微陣列結構能夠支持人多能干細胞(1^&)(!11^1，!11^9和丨？3(^)的黏附，增殖和自我更新。在P(MVE-alt-MA)上培養的人多能干細胞hPSCs能維持其特征形貌，表達了高水平多能性標記物和保持正常的染色質組型。基于該聚合物良好的生物相容性，穩定性，本發明采用分散聚合法制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠。可應用于藥物控釋載體等。
[0030]本發明基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠，在低濃度條件下，殼聚糖溶液加入到P(MVE-alt-MA)溶液中，殼聚糖中的氨基與P(MVE-alt-MA)的羧基發生靜電作用形成聚電解質復合物(-NH3+(CS)/-C00—(P(MVE-alt-MA)))，從而形成P(MVE-alt-MA)-CS半互穿網絡結構，之后加入交聯劑N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)并加熱使MBAAm雙鍵與殼聚糖中的氨基發生聚合，進一步形成互穿網絡結構得到具有pH敏感復合納米凝膠。
[0031]上述基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠的制備方法，包括如下步驟:
[0032]步驟一、采用雙氧水氧化降解的方法制備水溶性殼聚糖(WSC):將殼聚糖分散到濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，其中，殼聚糖與雙氧水溶液的質量體積比為10:72g/ml;于70°C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即為水溶性殼聚糖。室溫下配制水溶性殼聚糖溶液，其濃度為0.25mg/mL?I.0mg/mL;
[0033]其中，殼聚糖的脫乙酰度為80%?95%。
[0034]步驟二、將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，室溫下制備配制P(MVE-alt-MA)的水溶液，其濃度為0.25mg/mL?1.0mg/mL;
[0035]其中，聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0036]步驟三、取步驟二配制的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)溶液于250mL三口燒瓶，加入步驟一配置的殼聚糖水溶液，三口燒瓶接有冷凝管，并通入N2，轉速600rpm-2000rpm下磁力攪拌12h。加入交聯劑N，N’_亞甲基雙丙稀酰胺(MBAAm)，N2純化下緩慢加熱至60°C，繼續反應lh。反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑ΙΟμπι濾紙過濾除去聚集體，透析不少于三天，透析使用的透析袋截留分子量為8000?14000;反應溶液的pH保持在pH = 4.8土
0.2；
[0037]其中，甲基乙烯基醚馬來酸共聚物與殼聚糖的反應體積比為:100:100?100:10;
[0038]交聯劑的用量為殼聚糖質量的2%?20%。
[0039]下面結合一些實施例對本發明做進一步說明。以下實例所采用的原料來源說明:聚甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))購自百靈威科技有限公司；殼聚糖(Chi tosan，CS，脫乙酰度95 %，數均分子量1.06 X 16)，上海晶純化工有限公司；N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；雙氧水(H2O2)為分析純，未經純化直接使用。所有溶液均由去離子水配制。
[0040] 實施例1
[0041 ] (I)、水溶性殼聚糖溶液(WCS)的配制
[0042]將1g殼聚糖分散到72ml濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，70 °C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即水溶性殼聚糖。室溫下配制水溶性殼聚糖溶液濃度為0.25mg/mL；
[0043](2)、P(MVE-alt_MA)溶液的配制
[0044]將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，室溫下制備配制P(MVE-alt-MA)溶液濃度為1.0mg/mL；
[0045](3)、納米凝膠的制備
[0046]取10mLP(MVE_alt_MA)溶液于250mL三口燒瓶，按P(MVE_alt_MA)溶液與WCS溶液體積比100:70加入上述配置的殼聚糖溶液，三口燒瓶接有冷凝管，并通入N2，磁力攪拌12h。加入交聯劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)，N2純化下緩慢加熱至60°C，反應繼續Ih。反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑ΙΟμπι濾紙過濾除去聚集體，透析三天(用截留分子量為:8000?14000，室溫下用稀鹽酸調節ρΗ=4.8±0.2)。
[0047]實施例2
[0048](I)、水溶性殼聚糖溶液(WCS)的配制
[0049]將1g殼聚糖分散到72ml濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，70 °C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即水溶性殼聚糖。室溫下配制水溶性殼聚糖溶液濃度為0.5mg/mL；
[0050](2)、P(MVE-alt_MA)溶液的配制
[0051 ] 將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，室溫下制備配制P(MVE-alt-MA)溶液濃度為1.0mg/mL；
[0052](3)、納米凝膠的制備
[0053]取10mLP(MVE_alt_MA)溶液于250mL三口燒瓶，按P(MVE_alt_MA)溶液與WCS溶液體積比100:50加入上述配置的殼聚糖溶液，三口燒瓶接有冷凝管，并通入N2，磁力攪拌12h。加入交聯劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)，N2純化下緩慢加熱至60°C，反應繼續Ih。反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑ΙΟμπι濾紙過濾除去聚集體，透析三天(用截留分子量為:8000?14000，室溫下用稀鹽酸調節ρΗ=4.8±0.2)。
[0054]圖1是本實施例制備的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠的透射電鏡圖，該納米凝膠呈球狀結構，此種結構使得該凝膠具有較大的比表面積。圖2是本實施例制備的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))及殼聚糖(CS)pH敏感復合納米凝膠在不同pH值條件下粒徑分布圖，該測試結果表明該納米凝膠的粒徑可隨PH值變化而不同，可通過pH值調節。
[0055]實施例3
[0056](I)、水溶性殼聚糖溶液(WCS)的配制
[0057]將1g殼聚糖分散到72ml濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，70°C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即水溶性殼聚糖。室溫下配制水溶性殼聚糖溶液濃度為0.5mg/mL；
[0058](2)、P(MVE-alt_MA)溶液的配制
[0059]將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，室溫下制備配制P(MVE-alt-MA)溶液濃度為0.5mg/mL；
[0060](3)、納米凝膠的制備
[0061 ]取10mL P(MVE_alt_MA)溶液于250mL三口燒瓶，按P(MVE_alt_MA)溶液與WCS溶液體積比100:30加入上述配置的殼聚糖溶液，三口燒瓶接有冷凝管，并通入N2，磁力攪拌12h。加入交聯劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)，N2純化下緩慢加熱至60°C，反應繼續Ih。反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑ΙΟμπι濾紙過濾除去聚集體，透析三天(用截留分子量為:8000?14000，室溫下用稀鹽酸調節ρΗ=4.8±0.2)。
[0062]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠，其特征在于:其為互穿網絡結構，是由殼聚糖中的氨基與甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的羧基發生靜電作用形成聚電解質復合物，先形成P(MVE-alt-MA)-CS半互穿網絡結構，之后通過交聯劑N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺并加熱使N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺雙鍵與殼聚糖中的氨基發生聚合，進一步形成互穿網絡結構得到納米級凝膠。2.—種制備權利要求1所述的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、制備水溶性殼聚糖;于室溫下配制濃度為0.25mg/mL?1.0mg/mL的水溶性殼聚糖溶液； 步驟二、將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物于90°C加熱2h進行水解得到甲基乙烯基醚馬來酸共聚物，室溫下配制濃度為0.25mg/mL?1.0mg/mL的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的水溶液； 步驟三、取步驟二配制的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物溶液于容器中，加入步驟一配置的殼聚糖溶液，容器接有冷凝管，并在容器中通入N2,磁力攪拌12h;加入交聯劑N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺，在％純化下加熱至60 V，繼續反應Ih;然后將反應液冷卻至室溫，用過濾孔徑為ΙΟμπι的濾紙過濾除去聚集體，透析，得到所述復合納米凝膠。3.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟一中，采用雙氧水氧化降解的方法制備水溶性殼聚糖:將殼聚糖分散到濃度為3wt.%的雙氧水溶液中，于70°C攪拌3h，抽濾，取濾液冷凍干燥，得到淡黃色粉末，即為水溶性殼聚糖;其中殼聚糖與雙氧水溶液的質量體積比為10:72g/ml。4.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:所述殼聚糖的脫乙酰度為80%?95%。5.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:所述聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000ο6.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，甲基乙烯基醚馬來酸共聚物溶液與殼聚糖溶液的體積比為:100:100 ?100:10。7.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，磁力攪拌的轉速為600rpm-2000rpm。8.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，透析時使用的透析袋截留分子量為8000?14000，透析時間不少于3天。9.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，交聯劑的用量為殼聚糖質量的2%?20%。10.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物及殼聚糖pH敏感復合納米凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，反應溶液的pH保持在pH=4.8 ±0.2。
【文檔編號】A61K47/36GK105838013SQ201610183740
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】張天柱, 馬曉娥, 周乃珍
【申請人】東南大學