一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方法

2023-04-24 02:22:06 1

專利名稱：一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種殼聚糖溫度敏感性穩 定納米膠束的製備方法。
背景技術：
將兩親性聚合物進行組裝，可以製備納米膠束用於藥物控釋載體等，然而對於一 般的兩親聚合物，通過組裝所得到的納米膠束由於沒有共價鍵的連接，難以在複雜的環境 中保持形態穩定，容易發生破裂。因此保持納米膠束在各種環境下的穩定性，是在製備以及 應用聚合物膠束時必需考慮到關鍵問題之一。殼聚糖是自然界儲量最為豐富的天然生物高分子材料之一，具有優異的生物相容 性、生物降解性以及生物活性。董常明(Feng, H. ；Dong, C. Μ. Biomacromolecules, 2006, 7, 3069))等通過開環聚合製備了殼聚糖-聚丙交酯兩親性接枝共聚物，並在水中組裝成穩定 的膠束。通過對殼聚糖的接枝改性不僅可以製備基於殼聚糖的納米膠束，而且可以拓展殼 聚糖的功能，如殼聚糖-聚丙交酯或殼聚糖-聚己內酯等共聚物具有良好的生物降解性和 溶解性(Liu, L. ；Chen, L. X. ；Fang, Y. Ε. Macromo 1. Rapid Commun. 2006，27，1988)。聚(N-異丙基丙烯醯胺)因其側鏈上同時具有親水性的醯胺基和疏水性的異丙 基，因而呈現出優異的溫度敏感特性，能夠對外界環境溫度的細微變化做出響應，並產生相 應物理結構以及化學性質變化甚至突變的高分子材料。常溫下，聚(N-異丙基丙烯醯胺)能 溶解於水中形成均勻的溶液，當溫度升高至30-35°C之間的某一溫度時，溶液發生相分離。 到目前為止，聚(N-異丙基丙烯醯胺)成為研究最多的溫度敏感性聚合物(Xu，F.J. ；Li, J. ；Yuan, S. J. ；Zhang, Ζ. Χ. ；Kang, Ε. Τ. ；Neoh, K. G. Biomacromolecules, 2008,9, 331 ；You Y. Ζ. ；Hong C. Y. ；Wang W. P. ；Lu W. Q. ；Pan C. Y. Macromolecules，2004，37，9761.)。通過原子轉移自由基方法將聚(N-異丙基丙烯醯胺)作為支鏈連接到殼聚糖主鏈 上，得到殼聚糖兩親性溫敏功能接枝共聚物。將該共聚物溶於水中可以很容易地得到納米 膠束。殼聚糖主鏈作為納米膠束的核，而聚(N-異丙基丙烯醯胺)作為納米膠束的殼層。由 於聚(N-異丙基丙烯醯胺)是通過共價鍵連接到作為核的殼聚糖主鏈上，因而所得到的膠 束非常穩定，不會發生破裂。利用殼聚糖的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結合原子轉移自由基聚合 這種先進的聚合方法，在殼聚糖側基上引入具有溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯醯胺)鏈 段，合成殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，並製備穩定的納米膠束，這將在生物醫學 等領域具有廣泛應用。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方 法，該方法通過將溫度敏感性聚合物作為支鏈引入到殼聚糖上，使所獲得的接枝共聚物同 時具有優異的生物相容性、生物降解性、溫度敏感性，並將此接枝共聚物溶於水中得到具有溫度敏感性的穩定納米膠束。本發明用商品化的殼聚糖和N-異丙基丙烯醯胺單體，採用原 子轉移自由基聚合方法，製備一系列不同鏈長的聚(N-異丙基丙烯醯胺)支鏈的殼聚糖溫 度敏感性接枝聚共聚物。為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案
一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方法，包括以下步驟將殼聚糖加入反應釜，並分散溶解在溶劑A中，加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基 摩爾數1 20倍量的縛酸劑B，在0 15°C條件下滴加殼聚糖主鏈上羥基及氨基摩爾數 1 20倍量的含溴化合物C，滴加時間為20 70分鐘，滴加結束後，調整反應溫度為10 400C，反應時間為18 72小時。將所得反應產物經抽濾除去沉澱後，濾液經去離子水沉澱， 再抽濾，並將所得沉澱真空乾燥後，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發劑。將所得到的溴基 封端殼聚糖大分子引發劑溶於溶劑D，並向該溶液中按照溴基封端殼聚糖大分子引發劑所 含端溴基摩爾數10 500倍的量加入單體N-異丙基丙烯醯胺，同時按照溴基封端殼聚糖 大分子引發劑所含端溴基摩爾數1 5倍的量加入催化劑E。在催化劑E作用下，使體系在 氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20 100°C，反應時間為2 48小時。然後，將前述反 應產物經去離子水透析除去催化劑E後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝 共聚物，將該共聚物溶於水中，即得到本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。本發明中，所述溶劑A為N，N- 二甲基甲醯胺、N，N- 二乙基甲醯胺、N，N- 二甲基乙 醯胺或二甲基亞碸中的一種或幾種。本發明中，所述縛酸劑B為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾種。本發明中，所述含溴化合物C為2-溴丙醯溴或2-溴異丁醯溴中的一種或兩種。本發明中，所述溶劑D為苯甲醚、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二乙基甲醯胺或N， N- 二甲基乙醯胺中的一種或數種。本發明中，所述催化劑E為氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基 三亞乙基四胺中的一種或兩種。本發明的優點在於原料來源廣泛，所用的殼聚糖、N-異丙基丙烯醯胺單體、溶 齊U、催化劑等均可工業化生產，合成方法簡單易行，均可通過市場渠道獲得。合成的以殼聚 糖為主鏈的兩親性接枝共聚物同時具備溫度敏感性、生物相容性以及可降解性。共聚物在 水中能容易地組裝為穩定納米膠束。膠束粒徑可以通過調節聚(N-異丙基丙烯醯胺)的長 度實現。所得穩定納米膠束同時具有生物降解性、生物相容性、溫度敏感性，因而在藥物控 制釋放載體、生物智能開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。


圖1為實施例1製備的殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的結構示意圖。圖2為實施例2製備的殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的原子力顯微鏡照片。
具體實施例方式以下結合實施例和附圖對本發明做進一步說明，而不是限制本發明的範圍。以下實施例所得殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的分子結構用傅立葉變 換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。低臨界溶解溫度(LCST)用帶熱臺的紫外-可見分光光度計測定，LCST定義為透光率降至初始值的50%時所對應的溫度。組裝 所得納米膠束用透射電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。納米膠束粒徑用動態雷射光 散射儀(DLS)測定。實施例1稱取殼聚糖5克，用N，N-二甲基甲醯胺分散溶解後，加入三乙胺15克，在0°C滴 加2-溴異丁醯溴30克，20分鐘滴完，滴加結束後在10°C反應72小時。將反應產物經抽濾 除去沉澱後，濾液經去離子水沉澱，再經抽濾，所得沉澱進行真空乾燥，得到溴基封端的殼 聚糖大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0. 1克溶於N，N-二甲基甲醯 胺，向該溶液中加入2克N-異丙基丙烯醯胺和催化劑溴化亞銅(20毫克)/六甲基三亞乙 基四胺(40毫克)，反應體系經抽真空-充氮氣過程3次，在氮氣保護下於20°C油浴中反應 48小時。反應產物經去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，即得殼聚糖為主鏈的溫度敏感 性接枝共聚物，將該共聚物溶於水中即得到本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。
上述殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的代表性結構式如圖1所示，是用傅 裡葉變換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。上述殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的原子力顯微鏡照片如圖2所示，是用透射 電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。所述納米膠束粒徑用動態雷射光散射儀(DLS)測
ο ο實施例2稱取殼聚糖5克，用N，N-二甲基甲醯胺分散溶解後，加入二乙胺20克，在5°C滴 加2-溴丙醯溴40克，30分鐘滴完，滴加結束後在15°C反應60小時。將反應產物經抽濾除 去沉澱後，濾液經去離子水沉澱，再經抽濾，所得沉澱經真空乾燥，得到溴基封端的殼聚糖 大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0. 1克溶於N，N-二甲基乙醯胺，向 該溶液中加入N-異丙基丙烯醯胺3克和催化劑溴化亞銅(25毫克)/六甲基三亞乙基四胺 (40毫克)，反應體系經抽真空-充氮氣過程3次，並在氮氣保護下於40°C油浴中反應36小 時。反應產物去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝 共聚物，將該共聚物溶於水中即得本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。實施例3稱取殼聚糖5克，用N，N- 二甲基乙醯胺分散溶解後，加入吡啶18克，在8°C滴加 2-溴異丁醯溴36克，40分鐘滴完，滴加結束後在20°C反應48小時。將反應產物經抽濾除 去沉澱後，濾液經去離子水沉澱，再經抽濾後，所得沉澱經真空乾燥，得到溴基封端的殼聚 糖大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0. 1克溶於N，N-二乙基甲醯胺， 向該溶液中加入N-異丙基丙烯醯胺4克，再加入催化劑氯化亞銅(28毫克)/六甲基三亞 乙基四胺(46毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，並在氮氣保護下於50°C油浴中反應10 小時。反應產物經去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性 接枝共聚物，將該共聚物溶於水中即得本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。實施例4稱取殼聚糖5克，用二甲基亞碸分散溶解後，加入二乙胺26克，在10°C滴加2-溴 丙醯溴45克，50分鐘滴完，滴加結束後在30°C反應36小時。將反應產物經抽濾除去沉澱 後，所得濾液經去離子水沉澱，再經抽濾後，所得沉澱經真空乾燥，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0.1克溶於苯甲醚，向該溶液中加 入N-異丙基丙烯醯胺4. 6克，再加入催化劑氯化亞銅(30毫克)/六甲基三亞乙基四胺(50 毫克)，反應體系經抽真空_充氮氣過程3次，並在氮氣保護下於60°C油浴中反應6小時。 反應產物去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共 聚物，將該共聚物溶於水中即得本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。實施例5 稱取殼聚糖5克，用N，N_ 二乙基甲醯胺分散溶解後，加入乙酸鈉32克，在12°C滴 加2-溴異丁醯溴48克，60分鐘滴完，滴加結束後在35°C反應24小時。將反應產物經抽濾 除去沉澱後，所得濾液經去離子水沉澱，再經抽濾後，所得沉澱經真空乾燥，得到溴基封端 的殼聚糖大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0. 1克溶於N，N-二甲基 甲醯胺，向該溶液中加入N-異丙基丙烯醯胺5克，再加入催化劑氯化亞銅(32毫克)/六甲 基三亞乙基四胺(52毫克)，反應體系經抽真空-充氮氣過程3次，並在氮氣保護下於80°C 油浴中反應3小時。所得產物經去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈 的溫度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶於水中即得本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠 束ο實施例6稱取殼聚糖5克，用N，N_ 二甲基甲醯胺分散溶解後，加入三乙胺30克，在15°C滴 加2-溴異丁醯溴50克，70分鐘滴完，滴加結束後在40°C下反應18小時。將反應產物經抽 濾除去沉澱後，所得濾液經經去離子水沉澱，再經抽濾後，所得沉澱經真空乾燥，得到溴基 封端的殼聚糖大分子引發劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發劑0. 5克溶於苯甲醚， 向該溶液中加入N-異丙基丙烯醯胺5. 3克，再加入催化劑溴化亞銅(35毫克)/六甲基三亞 乙基四胺(60毫克)，反應體系經抽真空-充氮氣過程3次，並在氮氣保護下於100°C油浴 中反應2小時。反應產物經去離子水透析除去催化劑後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫 度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶於水中即得本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。上述對實施例的描述是為了便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施 例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在 本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方法，包括以下步驟將殼聚糖加入反應釜，並分散溶解在溶劑A中，加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基摩爾數1～20倍量的縛酸劑B，在0～15℃條件下滴加殼聚糖主鏈上羥基及氨基摩爾數1～20倍量的含溴化合物C，滴加時間為20～70分鐘，滴加結束後，調整反應溫度為10～40℃，反應時間為18～72小時；將所得反應產物經抽濾除去沉澱後，濾液經去離子水沉澱，再抽濾，並將所得沉澱真空乾燥後，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發劑；將所得溴基封端的殼聚糖大分子引發劑溶於溶劑D，並向該溶液中按照溴基封端殼聚糖大分子引發劑所含端溴基摩爾數10～500倍的量加入單體N-異丙基丙烯醯胺，同時按照溴基封端殼聚糖大分子引發劑所含端溴基摩爾數1～5倍的量加入催化劑E；在催化劑E作用下，使體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20～100℃，反應時間為2～48小時；將前述反應產物經去離子水透析除去催化劑E後，冷凍乾燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶於水中，即得到本發明殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述溶劑A為N，N-二甲基甲醯胺、 N，N-二乙基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺或二甲基亞碸中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述縛酸劑B為二乙胺、三乙胺、吡 啶或乙酸鈉中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述含溴化合物C為2-溴丙醯溴或 2-溴異丁醯溴中的一種或兩種。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述溶劑D為苯甲醚、N,N-二甲基 甲醯胺、N，N-二乙基甲醯胺或N，N-二甲基乙醯胺中的一種或數種。
6.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述催化劑E為氯化亞銅/六甲基 三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或兩種。
全文摘要
本發明一種殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束的製備方法，是在惰性氣體氮氣或氬氣保護下，利用殼聚糖主鏈中的羥基或氨基與含溴類化合物進行酯化反應，將羥基或氨基轉化為溴基團，並以此為大分子引發劑通過對N-異丙基丙烯醯胺單體的原子轉移自由基聚合形成溫度敏感性聚合物，最終得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，將其溶於水中即形成穩定的溫度敏感性納米膠束。本發明的殼聚糖殼聚糖溫度敏感性穩定納米膠束，同時具有生物降解性、生物相容性、生物活性、溫度敏感性，在藥物控制釋放載體、生物智能開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。本發明所述製備方法簡單易行，原料均可工業化生產，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號C08F251/00GK101864138SQ20101020708
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者任傑, 張錦春, 袁偉忠, 魏靜仁 申請人:同濟大學