一種水性RAFT聚合的溫敏型水凝膠的製作方法

2023-09-20 12:41:15 2

本發明涉及一種水凝膠的製備方法，尤其涉及一種水性RAFT聚合的溫敏型水凝膠，屬於水凝膠環保技術領域。

技術背景

水凝膠是平衡狀態下含水的水合交聯聚合體系，水凝膠是具有網狀交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合物。水凝膠有良好的親水性，在水中有很強的溶脹能力，但卻不溶於水。水凝膠在使用過程中處溶脹狀態，相當柔軟，並具有橡膠彈性，可以減少對周圍細胞和組織的機械衝撞和刺激。

溫敏性水凝膠是研究和應用最為廣泛的一種刺激響應性水凝膠，當外界溫度在其低臨界溶解溫度(LCST)附近發生微小變化時，溫敏性水凝膠能夠表現出明顯的相轉變性能。在實驗操作中，這種相轉變性能特別有利於進行細胞操作，比如可輕鬆向冷確的溫敏性水凝膠中加入培養基，可通過給培養瓶降溫的方式進行細胞離心收集。在凝膠狀態時，它的高親脂性為細胞增殖、細胞信號轉導、氣體質量交換以及細胞和組織對剪切力的防禦等提供了非常有效的生長環境。近年來很多研究者報導了其在生物醫學方面的潛在應用，如藥物控釋、生物分離等。

中國專利CN201210571657.4涉及一種多孔溫敏水凝膠緩釋劑及其製備方法。以聚N-異丙基丙烯醯胺多孔溫敏水凝膠為載體，在凝膠內負載上藥物，利用聚N-異丙基丙烯醯胺的溫度敏感特性，來實現對藥物的控制釋放。當溫度低於水凝膠的LCST時，藥物釋放很慢，而當溫度高於其LCST時，釋放速率加快。

中國專利CN201110386870.3公開了一種可原位增強溫敏聚合物的合成方法，由雙鍵功能單體均聚得到，或者由雙鍵功能單體與碳酸酯、內酯、交酯中的一種共聚得到。水凝膠在較低溫時為液體形態，而在生理溫度下為凝膠形態，能方便的引入生物活性分子和生物信號，賦予材料特殊的生物活性，且水凝膠在生理環境下，能逐漸降解。

現行關於溫敏型水凝膠較多採用傳統的自由基聚合，自由基聚合在很短的時間內有成千上萬的單體才加反應形成聚合物鏈。同時由於單體反應時間非常快，導致聚合物鏈沒有時間形成鬆弛，在聚合物中形成微凝膠，導致水凝膠結構不均勻、很多性能受影響。活性可控自由基反應體系中，聚合物有充分的時間鬆弛，但關於活性可控自由基反應製備溫敏水凝膠的報導較少。

技術實現要素：

本發明的首要目的旨在提供一種水性RAFT聚合的溫敏型水凝膠。

本發明的另一目的提供一種基於RAFT聚合的溫敏型的製備方法。

為克服現有技術存在的缺點與不足，本發明所述的一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠，其特徵在於，由於採用可逆加成-斷裂-鏈轉移聚合法(RAFT法)引發單體聚合、交聯，聚合物鏈可在聚合反應中處於鬆弛狀態，聚合物水凝膠分子量分布窄，分子量、交聯密度可控，且水凝膠組成一致、均勻，在低臨界溶解溫度(LCST)附近發生微小變化時，溫敏性水凝膠能夠表現出明顯的相轉變性能。由於採用N-異丙基丙烯醯胺為主單體、N，N』亞甲基雙丙烯醯胺為交聯單體，水凝膠LCST在20～40℃之間，在藥物釋放、生物材料等領域具有較大應用價值。

本發明的一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠，其製備方法包括如下步驟：

a)水凝膠的製備：將一定量的10～15份聚合單體、5～10份交聯單體、0.5～1.2份引發劑、50～60份水分別加入反應裝置中，經過攪拌溶解後液氮冷凍、抽真空待用；將2～5份還原劑、1～3份水溶性RAFT試劑溶解在10～20份水中攪拌下溶解，加入到上述溶液中，在25～35℃攪拌反應1～10h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去反應雜質，放入真空烘箱中40℃烘乾至恆重，得到一種溫敏型水凝膠。

水凝膠溫敏性測定：將乾燥水凝膠樣品置於不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡後，取出水凝膠，擦乾其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)。

其中，所述的聚合單體為N-異丙基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺中的一種或幾種的組合；進一步地，優選為N-異丙基丙烯醯胺。

所述的交聯單體為N，N』亞甲基雙丙烯醯胺。

所述的引發劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉、偶氮二氰基戊酸中的一種或幾種的組合。

所述的還原劑為硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、次磷酸鈉、次磷酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種的組合。

所述的水溶性RAFT試劑為為α-二硫代苯甲酯基對苯亞甲基氯化吡啶鹽、S，S』-雙(α,α』-二甲基-α」-乙酸)三硫代碳酸酯、二乙基二硫代氨基甲酸酯型季銨鹽中的一種或兩種。

本發明的一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠製備方法的優點：工藝簡單，反應條件溫和，一步法合成，製備所得的聚合物水凝膠水性環保。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的一種水性RAFT聚合的溫敏型水凝膠做進一步的描述。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋相關發明，而非對該發明的限定。

實施例1

一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠，其製備方法如下：

a)水凝膠的製備：將一定量的8份N-異丙基丙烯醯胺、3份丙烯醯胺、6份N，N』亞甲基雙丙烯醯胺、0.7份過硫酸銨、55份水分別加入反應裝置中，經過攪拌溶解後液氮冷凍、抽真空待用；將2.4份硫代硫酸鈉、2.1份水溶性RAFT試劑α-二硫代苯甲酯基對苯亞甲基氯化吡啶鹽溶解在15份水中攪拌下溶解，加入到上述溶液中，在25℃攪拌反應5h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去反應雜質，放入真空烘箱中40℃烘乾至恆重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將乾燥水凝膠樣品置於不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡後，取出水凝膠，擦乾其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經測定本實施例LCST為30±1℃。

實施例2

一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠，其製備方法如下：

a)水凝膠的製備：將一定量的10份N-異丙基丙烯醯胺、1份丙烯醯胺、8份N，N』亞甲基雙丙烯醯胺、0.6份偶氮二氰基戊酸中、60份水分別加入反應裝置中，經過攪拌溶解後液氮冷凍、抽真空待用；將4.2份硫代硫酸鈉、2.4份α-二硫代苯甲酯基對苯亞甲基氯化吡啶鹽溶解在16份水中攪拌下溶解，加入到上述溶液中，在30℃攪拌反應6h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去反應雜質，放入真空烘箱中40℃烘乾至恆重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將乾燥水凝膠樣品置於不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡後，取出水凝膠，擦乾其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經測定本實施例LCST為28±1℃。

實施例3

一種水性RAFT聚合法的溫敏型水凝膠，其製備方法如下：

a)水凝膠的製備：將一定量的12份N-異丙基丙烯醯胺、6份N，N』亞甲基雙丙烯醯胺、0.5份過硫酸銨、55份水分別加入反應裝置中，經過攪拌溶解後液氮冷凍、抽真空待用；將4.2份硫代硫酸鉀、2.1份水溶性RAFT試劑S，S』-雙(α,α』-二甲基-α」-乙酸)三硫代碳酸酯溶解在16份水中攪拌下溶解，加入到上述溶液中，在35℃攪拌反應8h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去反應雜質，放入真空烘箱中40℃烘乾至恆重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將乾燥水凝膠樣品置於不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡後，取出水凝膠，擦乾其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經測定本實施例LCST為32±1℃。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。