磁性螢光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法

2023-04-23 20:42:31

磁性螢光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法
【專利摘要】一種磁性螢光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法，屬於高分子生物醫用材料領域。本發明的目的是把磁性粒子包覆到帶有螢光性質的pH響應性聚合物膠束裡，會使該聚合物具有雙重形態成像性質的磁性螢光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法。本發明的步驟是：合成環境pH敏感性螢光發光聚氨酯材料；然後採用四氧化三鐵磁性粒子進行包覆而獲得。本發明把磁性粒子包覆到帶有螢光性質的pH響應性聚合物膠束裡，會使該聚合物具有雙重形態成像性質。因此，通過結合雙重形態成像的方法去克服目前單一成像的缺點。
【專利說明】磁性螢光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於高分子生物醫用材料領域。

【背景技術】
[0002]聚氨酯材料由於軟硬段的不相容性，存在明顯的微相分離結構，其中軟段提供彈性，硬段起到增強填充和交聯作用，這種多相高分子具有機械強度高，血液相容性好，組織相容性優異等性能。所以聚氨酯材料在生物醫藥領域得到了廣泛的應用，如人造器官、醫用導管、計劃生育用品、可控緩釋藥物、醫用黏合劑、醫療器械、醫用輔材等許多醫學治療領域。
[0003]所謂環境pH敏感性高分子材料就是隨外界pH值的變化而產生體積或形態改變的高分子材料，這種變化是基於分子水平上的刺激響應性。PH敏感性高分子材料可應用於藥物可控釋放體系、酶的固定、物料分離、蛋白質的傳遞、分子成像等。
[0004]在生物醫學應用方面，分子成像對於無創性診斷是一種有效的工具，例如病態腫瘤的診斷、藥物監督治療的發現和發展、跟蹤和識別細胞和分子水平的基礎生物信息等。但是各種成像技術往往依賴於使用的靶向目標和對可激活評估數量的報告、可視化的目標、生物過程和體內細胞。由於單一的成像模式自身的局限性，在科學研究中它不能提供充足的信息。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是把磁性粒子包覆到帶有螢光性質的pH響應性聚合物膠束裡，會使該聚合物具有雙重形態成像性質的磁性螢光發光PH敏感聚氨酯材料的製備方法。
[0006]本發明的步驟是:
a、合成環境pH敏感性突光發光聚氨酯材料:
①將脂肪族二異氰酸酯或芳香族二異氰酸酯10-50份、聚醚二元醇10~50份、2，2』-雙(羥甲基)丙酸10-50份、藻紅B或異硫氰酸螢光素1份，1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪10-50份，用二甲基甲醯胺、二甲基亞碸或N-甲基吡咯烷酮做溶劑，用三乙胺催化劑0.f 1份，加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，把燒瓶置入7(T85 ° C油浴鍋內，在氮氣保護下，反應6小時；其中聚醚二元醇分子量為200~10000 ；
②降至室溫，持續反應12小時，然後將反應產物溶液滴加到乙醚中沉降，經過濾，乾燥後，即可得到PH敏感性螢光發光聚氨酯材料；
b、將50-90份的上述產物加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，然後加入10-50份通過氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉共沉澱方法合成的四氧化三鐵磁性粒子，加入去離子水為總重量的2倍，將燒瓶置入到90°C的油浴鍋內，在氮氣的保護下，持續反應20min，然後用去離子水清洗反應產物3遍，最終產物放入60°C的真空烘箱裡乾燥，獲得最終產物，即為pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
[0007]本發明中聚醚二元醇分子量為200~10000。
[0008]本發明把磁性粒子包覆到帶有螢光性質的pH響應性聚合物膠束裡，會使該聚合物具有雙重形態成像性質。因此，通過結合雙重形態成像的方法去克服目前單一成像的缺點。例如正電子發射斷層掃描(PET)和計算機斷層掃描(CT)同時使用可以提高功能性成像的靈敏度；核磁共振成像(MR)和光學成像共同使用可以在解剖中提供清晰的信息。因此，PET和CT的結合可以應用於高靈敏度的功能性成像和解剖中。另外其它幾種光學成像技術的結合也能為疾病檢測和診斷提供清晰的影像信息，例如MR/optical結合與PET/optical
結合等。
[0009]本發明主要是由脂肪族二異氰酸酯或芳香族二異氰酸酯、聚醚二元醇、帶有雙羥基的有機類物質以及小分子擴鏈劑合成的。其中脂肪族二異氰酸酯和擴鏈劑構成了該聚氨酯材料的硬段，聚醚二元醇構成了該聚氨酯材料的軟段，帶有雙羥基螢光物質使該聚氨酯材料具有螢光性能，同時帶有雙羥基的二級胺或三級胺基團的有機類分子和含有氨基的二級胺或三級胺基團的有機類分子提供了該聚氨酯材料的PH敏感性，具有磁性性質的粒子使該聚氨酯材料具有磁性性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明pH敏感性螢光發光聚氨酯材料的合成過程；
圖2是本發明原位包覆的方法合成環境pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料的過程； 圖3是本發明蒸發溶劑的方法合成環境pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料的過程； 圖4是本發明接枝的方法合成環境pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料的過程；
圖5是本發明環境pH敏感性聚氨酯材料的核磁共振譜圖；
圖6是本發明環境pH敏感性聚氨酯材料的紅外光譜圖。

【具體實施方式】
[0011]本發明的步驟是:
a、合成環境pH敏感性突光發光聚氨酯材料:
①將脂肪族二異氰酸酯或芳香族二異氰酸酯10-50份、聚醚二元醇10~50份、2，2』-雙(羥甲基)丙酸10-50份、藻紅B或異硫氰酸螢光素1份，1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪10-50份，用二甲基甲醯胺、二甲基亞碸或N-甲基吡咯烷酮做溶劑，用三乙胺催化劑0.f 1份，加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，把燒瓶置入7(T85 ° C油浴鍋內，在氮氣保護下，反應6小時；其中聚醚二元醇分子量為200~10000 ；
②降至室溫，持續反應12小時，然後將反應產物溶液滴加到乙醚中沉降，經過濾，乾燥後，即可得到PH敏感性螢光發光聚氨酯材料；
b、將50-90份的上述產物加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，然後加入10-50份通過氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉共沉澱方法合成的四氧化三鐵磁性粒子，加入去離子水為總重量的2倍，將燒瓶置入到90°C的油浴鍋內，在氮氣的保護下，持續反應20min，然後用去離子水清洗反應產物3遍，最終產物放入60°C的真空烘箱裡乾燥，獲得最終產物，即為pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
[0012]本發明中聚醚二元醇分子量為200~10000。
[0013]以下對本發明做進一步詳細的描述:本發明提供了 3種pH敏感性磁性螢光發光聚氨酯材料製備的合成方法。
[0014]第一種通過原位包覆方法製備pH敏感性磁性螢光發光聚氨酯材料:
(I)將脂肪族二異氰酸酯(或芳香族二異氰酸酯)、聚醚二元醇、2，2』-雙(羥甲基)丙酸、藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)、1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪(HEP)，溶解於有機溶劑中，在帶有磁性轉子的燒瓶中，70-85° C油浴，氮氣保護下反應6個小時。
[0015](2)降至室溫後繼續反應12小時，出料。
[0016](3)將反應產物溶液在乙醚溶劑中沉降即可得到pH響應性螢光發光聚氨酯材料。
[0017](4)為了提高該產品的分子量所以在反應6小時後降至室溫再繼續反應12小時。為了提高產品的純度，反應產物經過沉降過濾後放入真空箱內，在真空箱內乾燥72小時除去剩餘乙醚溶劑。
[0018](5)採用共沉澱法獲得Fe3O4磁性粒子，使用氯化亞鐵和氯化鐵與氫氧化鈉溶液反應製備，且該方法獲得的四氧化三鐵粒子能夠均勻地分散在水溶液中。利用原位包覆的方法把Fe3O4納米粒子密封在環境pH敏感性螢光發光聚氨酯中。合成方法如下:將氯化亞鐵和氯化鐵混合物加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，隨後加入PH響應性螢光發光聚氨酯材料，再注入去離子水到反應體系中。將燒瓶置於90°C的油浴鍋內加熱，氮氣的保護下持續攪拌20min。之後繼續將氫氧化鈉溶液加入到反應體系中，在同樣的條件下反應物被持續攪拌15min鍾後反應結束，用去離子水清洗3遍反應產物，放入到60°C的真空烘箱裡乾燥，最後剩下的黑色粉末即為PH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
[0019]本發明提供的製備方法中的脂肪族二異氰酸酯可選用六亞甲基二異氰酸酯。
[0020]本發明提供的製備方法中的聚醚二元醇可選用聚乙二醇(分子量為2000)。
[0021]本發明提供的製備方法中的有機胺類催化劑可選用三乙胺。
[0022]本發明提供的製備方法中的有機溶劑可選用DMF、DMSO或N-甲基吡咯烷酮。
[0023]本發明提供的製備方法中的有機醚類可選用乙醚。
[0024]第二種通過蒸發溶劑方法製備pH敏感性磁性螢光發光聚氨酯材料:
(I)將脂肪族二異氰酸酯(或芳香族二異氰酸酯)、聚醚二元醇、2，2』-雙(羥甲基)丙酸、藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)、1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪(HEP)，溶解於有機溶劑，加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，在70-85° C油浴鍋中，氮氣保護的條件下反應6個小時。
[0025](2)為了提高該聚合物的分子量降至室溫後繼續反應12小時，溶液不需要沉澱處理，待用。
[0026](3)採用油酸亞鐵和油酸鐵熱分解方法獲得Fe3O4磁性粒子，取油酸亞鐵和油酸鐵加入1-十八碳稀中，並置於燒瓶中，置於90°C油浴鍋內，在真空狀態下除去體系中的水和氧。隨後將燒瓶放置在300°C加熱套內，攪拌30min後即可產生四氧化三鐵磁性粒子。把溶液在氯仿、丙酮和無水乙醇混合溶液進行沉降處理，離心20min，將獲得的四氧化三鐵磁性粒子分散在氯仿中待用。
[0027](4)利用溶劑蒸發的方法將Fe3O4納米粒子包覆於pH響應性螢光發光聚氨酯中。方法如下:將四氧化三鐵氯仿溶液和聚氨酯混合，旋轉蒸發除去體系中的有機溶劑，再將殘留在燒瓶內壁上的產物分散在去離子水中。通過凍幹，獲得的產物為PH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
[0028]本發明提供的製備方法中的脂肪族二異氰酸酯可選用六亞甲基二異氰酸酯、二異氰酸酯甲基乙酸酯。
[0029]本發明提供的製備方法中的聚醚二元醇可選用聚乙二醇(分子量為2000)。
[0030]本本發明提供的製備方法中的有機胺類催化劑可選用三乙胺。
[0031]本發明提供的製備方法中用於沉降的混合溶液組成為氯仿、丙酮和無水乙醇混合液。
[0032]第三種通過接枝方法製備pH敏感性磁性螢光發光聚氨酯材料:
(I)將脂肪族二異氰酸酯(或芳香族二異氰酸酯)、聚醚二元醇、2，2』-雙(羥甲基)丙酸、帶有羥基的螢光分子藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)、1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪(HEP)，溶解於有機溶劑，加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，在70-85° C油浴鍋中，氮氣保護的條件下反應6個小時。
[0033](2)為了提高該聚合物的分子量降至室溫繼續反應12小時後，聚合物混合溶液不用沉澱處理，待用。
[0034](3)採用共沉澱法獲得Fe3O4磁性粒子，製備過程已在方法一中介紹。然後，用接枝的方法將Fe3O4磁性粒子接到pH響應性螢光聚氨酯材料。方法如下:通過共沉澱法獲得Fe3O4磁性粒子，經過酸洗和醇洗後，加入3-氨基丙基-三甲氧基矽烷(APTMS)，經8h機械攪拌後，使Fe3O4磁性粒子表面帶有氨基基團，待用。向步驟(2)中所獲得的聚合物混合溶液加入二環己基碳二亞胺(DCC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)活化羧基基團，將含有氨基基團的Fe3O4磁性粒子接枝到聚合物鏈上。最終經過去離子水清洗、乾燥，獲得的產物為pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
[0035]本發明提供的製備方法中的脂肪族二異氰酸酯可選用六亞甲基二異氰酸酯、二異氰酸酯甲基乙酸酯。
[0036]本發明提供的製備方法中的聚醚二元醇可選用聚乙二醇(分子量為2000)。
[0037]本本發明提供的製備方法中的有機胺類催化劑可選用三乙胺。
[0038]本發明提供的製備方法中的酸液可選用氯化氫鹽酸溶液。
[0039]本發明提供的製備方法中的醇液可選用無水乙醇溶液。
[0040]本發明提供的製備方法中的活化羧基基團選用DCC和NHS活化。
[0041]本發明提供的製備方法中的有機醚類可選用乙醚。
[0042]實例1:
1.實例選用二異氰酸酯類為六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，並取50份。
[0043]2.實例選用聚醚型二元醇為聚乙二醇(分子量為2000)，並取10份。
[0044]3.實例選用2，2-雙(羥甲基)丙酸(DMPA)，並取20份。
[0045]4.實例選用1，4_雙(2羥乙基)哌嗪(HEP)，並取20份。
[0046]5.實例選用藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)，並取1份。
[0047]6.實例選用的有機胺類催化劑為三乙胺，並取0.1份。
[0048]7.實例選用的溶劑為N，N-二甲基甲醯胺。
[0049]8.實例是把以上反應物質加入帶有磁力轉子的燒瓶中，並把燒瓶放入溫度為70° C的油浴鍋內在氮氣保護下反應6小時。
[0050]9.實例中為了提高產物的分子量，將反應體系降至室溫後再繼續反應12小時。
[0051]10.實例中的產物溶液被逐滴滴加到乙醚溶劑中進行沉降。之後把聚合產物過濾出來,放入真空箱內抽真空72小時，得到純淨的產品。
[0052]11.實例選用氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉共沉澱法製備四氧化三鐵磁性粒子。
[0053]12.實例選用的氯化亞鐵為10份。
[0054]13.實例選用的氯化鐵鹽為20份。
[0055]14.實例選用的氫氧化鈉溶液為80份。
[0056]15.實例把12-13的反應物和50份去離子水倒入燒瓶中，經30min反應，即可得到Fe3O4磁性粒子。
[0057]16.實例選用90份合成的pH響應性螢光聚氨酯材料去包覆四氧化三鐵磁性粒子。
[0058]17.實例選用10份合成四氧化三鐵磁性粒子去製備環境pH響應性磁性螢光發光醫用聚氨酯材料制
18.實例中最後的產物用去離子水清洗3遍，乾燥。
[0059]實例2:
1.實例選用的二異氰酸酯類為六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，並取50份。
[0060]2.實例選用的聚醚型二元醇為聚乙二醇(分子量為2000)，並取10份。
[0061]3.實例選用的帶羧基的雙羥基有機類物質為2，2-雙(羥甲基)丙酸(DMPA)，並取20份。
[0062]4.實例選用的帶有二級胺或三級胺基團的雙羥基有機類物質為1，4_雙(2羥乙基)哌嗪(HEP)，並取20份。
[0063]5.實例選用藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)，並取1份。
[0064]6.實例選用的有機胺類催化劑為三乙胺，並取0.1份。
[0065]7.實例選用的溶劑為N，N-二甲基甲醯胺。
[0066]8.實例把以上反應物質加入帶有磁力轉子的燒瓶中，並把燒瓶放入溫度為70° C的油浴鍋內在氮氣保護下反應6小時。
[0067]9.實例中為了提高產物的分子量，將反應體系降至室溫後再繼續反應12小時。
[0068]10.實例產物溶液逐不需要沉降，過濾處理，放置待用。
[0069]11.實例選用油酸亞鐵和油酸鐵熱分解法製備四氧化三鐵磁性粒子。
[0070]12.實例選用氯化亞鐵為10份。
[0071]13.實例選用氯化鐵鹽為20份。
[0072]14.實例選用的油酸鈉為30份。
[0073]15.實例選用的1-十八碳稀為80份。
[0074]16.實例將12-15的反應物注入到燒瓶中，再放到90°C油浴鍋內，在真空下，除去體系中的水和氧。再把該體系置入300°C的加熱套內，反應30min，即可得到Fe3O4磁性粒子。
[0075]17.實例將Fe3O4磁性粒子混合溶液經氯仿、丙酮和無水乙醇混合液沉降後，經300rpm離心機離心作用，可得四氧化三鐵磁性粒子，並把四氧化三鐵磁性粒子保存在無水氯仿溶劑中，待用。
[0076]18.實例選用的氯仿為100份。
[0077]19.實例選用的丙酮為200份。
[0078]20.實例選用的無水乙醇為200份。
[0079]21.實例選用90份合成的pH響應性螢光聚氨酯材料去包覆四氧化三鐵磁性粒子。
[0080]22.實例選用10份合成四氧化三鐵磁性粒子去製備環境pH響應性磁性突光發光醫用聚氨酯材料制
23.實例用蒸發溶劑的方法將四氧化三鐵磁性粒子包覆於pH響應性螢光發光聚氨酯材料中。
[0081]實例3:
1.實例選用的二異氰酸酯類為六亞甲基二異氰酸酯(HDI )，並取50份。
[0082]2.實例選用的聚醚型二元醇為聚乙二醇(分子量為2000)，並取10份。
[0083]3.實例選用的帶羧基的雙羥基有機類物質為2，2_雙(羥甲基)丙酸(01^)，並取40份。
[0084]4.實例選用藻紅B或異硫氰酸螢光素(FITC)，並取1份。
[0085]5.實例選用的有機胺類催化劑為三乙胺，並取0.1份。
[0086]6.實例選用的溶劑為N，N-二甲基甲醯胺。
[0087]7.實例是把以上反應物質加入帶有磁力轉子的燒瓶中，並把燒瓶放入溫度為70° C的油浴鍋內在真空條件，氮氣保護下反應6小時。
[0088]8.實例為了提高產物的分子量，降至室溫，再反應12小時。
[0089]9.實例是用50份N，N- 二環己基碳二亞胺(DCC)和50份N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)去活化羧基基團，反應時間為2小時。
[0090]10.實例選用氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉共沉澱法製備四氧化三鐵磁性粒子。
[0091]11.實例選用的氯化亞鐵為10份。
[0092]12.實例選用的氯化鐵鹽為20份。
[0093]13.實例選用的氫氧化鈉溶液為80份。
[0094]14.實例把11-13的反應物和50份去離子水倒入燒瓶中，經30min反應，即可得到Fe3O4磁性粒子。
[0095]15.實例把清洗過的Fe3O4磁性粒子置入100份的氯化氫鹽酸溶液中，經超聲酸洗30mino
[0096]16.實例把酸洗後的Fe3O4磁性粒子置入100份的無水乙醇溶液中，經超聲醇洗30mino
[0097]17.實例把5份3-氨基丙基-三甲氧基矽烷(APTMS)加入到燒瓶中，在室溫條件下，在機械攪拌下，反應8h，使Fe3O4磁性粒子表面接有氨基基團。
[0098]18.實例把17中的純溶液用磁鐵移除，加入100份DMF溶劑，待用。
[0099]19.實例取10份17中的磁性粒子DMF溶液加入到9中經活化羧基基團後的90份聚合物溶液中。在室溫下，反應24h，最後產物溶液逐滴滴加到乙醚溶劑中進行沉降。放入真空箱內乾燥，得到的產物即為PH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
【權利要求】
1.一種磁性突光發光pH敏感聚氨酯材料的製備方法,其特徵在於: a、合成環境pH敏感性突光發光聚氨酯材料: ①將脂肪族二異氰酸酯或芳香族二異氰酸酯10-50份、聚醚二元醇10~50份、2，2』-雙(羥甲基)丙酸10-50份、藻紅B或異硫氰酸螢光素1份，1，4-雙(2-羥乙基)哌嗪10-50份，用二甲基甲醯胺、二甲基亞碸或N-甲基吡咯烷酮做溶劑，用三乙胺催化劑0.f 1份，加入到帶有磁性轉子的燒瓶中，把燒瓶置入7(T85 ° C油浴鍋內，在氮氣保護下，反應6小時；其中聚醚二元醇分子量為200~10000 ； ②降至室溫，持續反應12小時，然後將反應產物溶液滴加到乙醚中沉降，經過濾，乾燥後，即可得到PH敏感性螢光發光聚氨酯材料； b、將50-90份的上述產物加入到 帶有磁性轉子的燒瓶中，然後加入10-50份通過氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉共沉澱方法合成的四氧化三鐵磁性粒子，加入去離子水為總重量的2倍，將燒瓶置入到90°C的油浴鍋內，在氮氣的保護下，持續反應20min，然後用去離子水清洗反應產物3遍，最終產物放入60°C的真空烘箱裡乾燥，獲得最終產物，即為pH響應性磁性螢光發光聚氨酯材料。
2.根據權利要求1所述的磁性螢光發光PH敏感聚氨酯材料的製備方法，其特徵在於:聚醚二元醇分子量為200~10000。
【文檔編號】C08L75/08GK104164079SQ201310352022
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】高光輝, 楊洪雨, 段莉潔, 張明耀, 張會軒 申請人:長春工業大學