一種溫敏性高分子水凝膠及其製備方法

2023-06-13 06:02:36 1

專利名稱：一種溫敏性高分子水凝膠及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種溫敏性高分子水凝膠及其製備方法，屬於生物醫藥技術領域。
背景技術：
高分子凝膠的溶脹行為與它的網絡結構以及網絡所包含的液體的性質以及溫度、 壓力有密切關係，它們之間的定量關係可用Flory-Huggins滲透壓公式導出。根據Flory 的凝膠溶脹理論，液體與高分子鏈的親和性越好，凝膠就越能溶脹，有的凝膠能在良溶劑中 溶脹幾百甚至幾千倍。這種智能型凝膠受外界環境的刺激(PH、離子強度、溫度、電場、光) 時體積會發生溶脹或收縮。N-異丙基丙烯醯胺類高分子凝膠是一種典型的溫度敏感性材料，它有一個低臨界 溶解溫度(LCST，32°C )，當環境溫度在較低臨界溶解溫度以下時，凝膠大量吸水溶脹，為無 色透明態；當溫度升高至該溫度之上時，凝膠的聚合物網絡發生快速收縮聚集，同時凝膠發 生劇烈的不連續相變，大量失水，從原來的無色透明態變為渾濁態；而當溫度再次降低時， 凝膠能再次吸水溶脹，使得它成為在生物技術和醫療上最有希望的高分子材料。與均聚異 丙基丙烯醯胺的較低臨界溶解溫度相比，本發明的敏感性高分子水凝膠的低臨界溶解溫度 有所提高，更加接近人體生理溫度，因此在藥物控制釋放等領域具有重要的應用價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種低臨界溶解溫度高於均聚N-異丙基丙烯醯胺水凝膠溫 度敏感性水凝膠及其製備方法，使其更加接近人體生理溫度，可以應用於藥物控制、柔性執 行元件，人造肌肉、微機械、生化分析、化學分離、生物材料等領域。本發明提供的一種溫敏性高分子水凝膠由單體異丙基丙烯醯胺與單體苯乙烯聚 合成的共聚物聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙烯與明膠進行複合而成，其中所述的共聚物結構 如下上述溫敏性高分子水凝膠的製備包括如下步驟(1)將引發劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或將引發劑偶氮二異丁腈溶於苯配成 溶液，溶劑用量以引發劑完全溶解為準；所述引發劑過硫酸鉀或偶氮二異丁腈用量為異丙 基丙烯醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05% 1%。；
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(2)將異丙基丙烯醯胺溶解於蒸餾水/苯的混和溶劑中，混合溶劑的體積比例為 60 90 10 40，然後加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯醯胺苯乙烯的摩爾比為60 90 10 40，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加步驟(1)的溶液，約0. 5小時滴加 完畢，升溫至60 V 75°C繼續反應10 30小時；(3)反應完畢後，將產物用60°C去離子水清洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉 澱_丙酮溶解_乙醚沉澱處理，除去未反應單體、引發劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥， 得到聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯共聚物；(4)將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠的質量比為20 50 50 80，在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷凍-熔融過程，最後經冷凍乾燥即得到權利要求 1所述溫敏性水凝膠；共聚物+明膠在蒸餾水的濃度為0. 05 0. 5克/毫升。上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32°C 34°C之間。本發明的有益效果是本發明提供的一種溫敏性高分子水凝膠使其更加接近人體 生理溫度，可以應用於藥物控制、柔性執行元件，人造肌肉、微機械、生化分析、化學分離、生 物材料等領域。
具體實施例方式下面以具體實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。實施例一將引發劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，溶劑用量以引發劑完全溶解為準。引發劑 過硫酸鉀為異丙基丙烯醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯醯胺溶 解於蒸餾水/苯混和溶劑中，混合溶劑比例90 10(體積)，然後加入苯乙烯，其中，N-異 丙基丙烯醯胺苯乙烯比為90 10 (摩爾比)，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加 前述引發劑的溶液，約0.5小時滴加完畢，升溫至60°C繼續反應30小時。反應完畢後，將產 物用60°C去離子水清洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱-丙酮溶解-乙醚沉澱處理，除 去未反應單體、引發劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙 烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為50 50(質量比)，(共聚 物+明膠)在蒸餾水的濃度為0. 05 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷 凍_熔融過程，最後經冷凍乾燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 5°C實施例二將引發劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，溶劑用量以引發劑完全溶解為準。引發劑 過硫酸鉀為異丙基丙烯醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯醯胺溶 解於蒸餾水/苯混和溶劑中，混合溶劑比例60 40(體積)，然後加入苯乙烯，其中，N-異 丙基丙烯醯胺苯乙烯比為60 40 (摩爾比)，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加 前述引發劑的溶液，約0.5小時滴加完畢，升溫至60°C繼續反應20小時。反應完畢後，將產 物用60°C去離子水清洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱-丙酮溶解-乙醚沉澱處理，除 去未反應單體、引發劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙
4烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70(質量比)，(共聚 物+明膠)在蒸餾水的濃度為0. 1 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷 凍_熔融過程，最後經冷凍乾燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 33. 3°C實施例三將引發劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發劑完全溶解。引發劑為異丙基丙烯 醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05%。將N-異丙基丙烯醯胺溶解於蒸餾水/苯混和 溶劑中，混合溶劑比例80 20(體積)，然後加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯醯胺苯乙 烯比為90 10 (摩爾比)，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發劑的溶液，約 0. 5小時滴加完畢，升溫至60°C繼續反應30小時。反應完畢後，將產物用60°C去離子水清 洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱-丙酮溶解-乙醚沉澱處理，除去未反應單體、引發 劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯共聚物。將共聚 物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為20 80(質量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾 水的濃度為0. 05 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷凍-熔融過程，最後 經冷凍乾燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 33. 8°C實施例四將引發劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發劑完全溶解。引發劑為異丙基丙烯 醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的1%。將N-異丙基丙烯醯胺溶解於蒸餾水/苯混和溶劑 中，混合溶劑比例80 20(體積)，然後加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯醯胺苯乙烯比 為70 30 (摩爾比)，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發劑的溶液，約0.5 小時滴加完畢，升溫至60°C繼續反應10小時。反應完畢後，將產物用60°C去離子水清洗， 然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱_丙酮溶解_乙醚沉澱處理，除去未反應單體、引發劑，最 後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙烯共聚物。將共聚物與明 膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70 (質量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾水的濃 度為0. 1 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷凍-熔融過程，最後經冷凍 乾燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 5°C實施例五將引發劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發劑完全溶解。引發劑為異丙基丙烯 醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯醯胺溶解於蒸餾水/苯混和 溶劑中，混合溶劑比例80 20(體積)，然後加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯醯胺苯乙 烯比為60 40 (摩爾比)，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發劑的溶液，約 0. 5小時滴加完畢，升溫至60°C繼續反應30小時。反應完畢後，將產物用60°C去離子水清 洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱-丙酮溶解-乙醚沉澱處理，除去未反應單體、引發 劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70(質量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾 水的濃度為0. 5(克/毫升)。在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷凍-熔融過程，最後 經冷凍乾燥即得到上述溫敏性水凝膠。 上述聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 3°C。
權利要求
一種溫敏性高分子水凝膠，其特徵在於所述的水凝膠由單體異丙基丙烯醯胺與單體苯乙烯聚合成的共聚物聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙烯與明膠進行複合而成，其中所述的共聚物結構如下FSA00000104011300011.tif
2.根據權利要求1所述的溫敏性高分子水凝膠的製備方法，其特徵在於所述製備過程 包括如下步驟(1)將引發劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或將引發劑偶氮二異丁腈溶於苯配成溶液， 溶劑用量以引發劑完全溶解為準；所述引發劑過硫酸鉀或偶氮二異丁腈用量為異丙基丙烯 醯胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05% 1%。；(2)將異丙基丙烯醯胺溶解於蒸餾水/苯的混和溶劑中，混合溶劑的體積比例為60 90 10 40，然後加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯醯胺苯乙烯的摩爾比為60 90 10 40，通氮氣30分鐘後，攪拌升溫至50°C，滴加步驟(1)的溶液，約0. 5小時滴加 完畢，升溫至60 V 75°C繼續反應10 30小時；(3)反應完畢後，將產物用60°C去離子水清洗，然後冷卻析出，依次通過乙醚沉澱-丙 酮溶解-乙醚沉澱處理，除去未反應單體、引發劑，最後在40°C的真空乾燥箱中乾燥，得到 聚N-異丙基丙烯醯胺_苯乙烯共聚物；(4)將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠的質量比為20 50 50 80， 在-25°C 25°C之間經過3次反覆的冷凍-熔融過程，最後經冷凍乾燥即得到權利要求1 所述溫敏性水凝膠；共聚物+明膠在蒸餾水的濃度為0. 05 0. 5克/毫升。
3.根據權利要求2所述的製備方法，特徵在於所述純化的聚N-異丙基丙烯醯胺_苯 乙烯/明膠複合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在32°C 34°C之間。
全文摘要
本發明公開了一種溫敏性高分子水凝膠及其製備方法，所述的高分子水凝膠由N-異丙基丙烯醯胺/苯乙烯共聚物與明膠複合而成，其製備方法為(1)將異丙基丙烯醯胺溶解於水溶劑或苯溶劑中，然後加入苯乙烯，在氮氣氣氛下加熱；(2)將引發劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或將引發劑偶氮二異丁腈溶解於苯，緩慢滴加到步驟(1)中聚合反應；(3)反應完畢後進行純化乾燥，然後將共聚物與明膠在水中經過冷凍-熔融循環的過程複合，即得聚N-異丙基丙烯醯胺-苯乙烯/明膠的溫敏性高分子水凝膠；所製備的高分子水凝膠比均聚異丙基丙烯醯胺相轉變溫度有所提高，更加接近人體生理溫度，可作為藥物控制、柔性執行元件，人造肌肉、微機械等領域的材料。
文檔編號C08L89/00GK101851425SQ20101015738
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者封小梅, 易國斌, 王飛, 陳旭東, 黃雲薇 申請人:廣東工業大學