專利名稱:基于半互穿網(wǎng)絡結構的pH刺激響應性納米水凝膠的制備的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于納米水凝膠的制備領域,特別涉及一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法。
背景技術:
納米水凝膠是一種粒徑在IOnm-IOOOnm范圍內的聚合物水凝膠粒子,具有尺寸小、比表面積大、響應速度快、包封率好、穩(wěn)定性好、可注射等特性,因而在藥物輸送、生物物質和化學物質分離、化妝品、石油開采等領域具有良好的應用前景。PH刺激響應性納米水凝膠是一種智能納米水凝膠,它能響應環(huán)境PH值的變化而發(fā)生體積、含水量、折光指數(shù)、滲透率、親水-疏水性等物理化學性能的顯著變化。人體內不同部位甚至細胞內不同胞器的PH 值都有很大的不同。如人體消化系統(tǒng)中,胃部PH值為約1 2,而腸部pH值達到約7 8。 人體許多病灶部位如腫瘤、炎癥組織等的PH值比正常部位的pH值要低。因此利用人體不同部位或病灶部位PH值的變化,多年來國內外研究者一直在研究將pH刺激響應性納米水凝膠用于藥物靶向輸送載體,達到提高療效,減少副作用的目的。藥物輸送用PH刺激響應性納米水凝膠要求產(chǎn)生PH刺激響應性的pH值變化范圍小,發(fā)生體積變化的幅度大,即pH 刺激響應性強。pH刺激響應性納米水凝膠的大分子骨架鏈中通常含有可離子化基團,如羧酸基團或胺基基團等。由于這些基團可隨著分散介質PH值變化而產(chǎn)生不同程度的離子化,使納米水凝膠內部的滲透壓發(fā)生變化,從而引起不連續(xù)的溶脹體積變化,顯示出PH刺激響應性。 對于帶弱酸性基團的PH刺激響應性納米水凝膠,若分散介質pH值大于弱酸性基團的電離平衡常數(shù)(PKa),則水凝膠分子鏈側鏈上的弱酸性基團電離形成帶電的陰離子,從而在水凝膠內部產(chǎn)生較大的滲透壓,使水凝膠溶脹。同樣的原因,帶弱堿性基團的納米水凝膠則在水介質PH值小于其電離平衡常數(shù)pKb時產(chǎn)生溶脹。過去合成pH刺激響應性納米水凝膠最常用的方法是反相微乳液聚合法。反相微乳液聚合是首先將單體、分散介質、乳化劑及各種輔助劑等配制成微乳劑,再采取熱引發(fā)或輻射引發(fā)等適當?shù)姆椒ㄒl(fā)單體聚合。Bouillot P等(Bouillot P,Vincent B. Colloid and Polymer Science, 2000, 278 (1) :74-79.)首先采用反相微乳液聚合法合成了聚丙烯酰胺,然后加入丙烯酸、交聯(lián)劑、引發(fā)劑進行第二步合成反應制得聚丙烯酸/聚丙烯酰胺形成的PH刺激響應性納米水凝膠。反應完成后需要通過減壓蒸餾法去除有機溶劑,再用甲醇作為沉淀劑得到納米水凝膠,最后通過透析進行純化。雖然得到的水凝膠納米粒子大小均一、 分散穩(wěn)定性好且具有PH刺激響應性,但由于用有機溶劑做反應介質,因此制備工藝不具有環(huán)境友好性。另外反應體系中用到大量的乳化劑和助乳化劑,給PH刺激響應性納米水凝膠帶來污染,不利于用于藥物輸送。pH刺激響應性納米水凝膠響應環(huán)境pH值變化發(fā)生體積變化的大小機即其pH響應度是這類智能納米水凝膠的關鍵性能指標。PH響應度越高,其作為藥物載體在藥物可控釋放方面越有利。過去研究的PH刺激響應性納米水凝膠大多存在pH響應度不高的問題,如 Saunders 等(Saunders BR, Vincent B. Adv Colloid Interface Sci 1999 ;80 :1.)合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸)納米水凝膠,在不同PH值下測其粒徑變化,結果發(fā)現(xiàn)其體積變化程度不到10倍。Tan等人研究了由甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯與鄰苯二甲酸二丙烯基酯形成的PH刺激響應性納米水凝膠的溶脹性能(Tan BH, Tam KC, Lam YC, Tan CB. Adv Colloid Interface Sci2005 ;113 :111.),發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境pH值的變化,即使納米水凝膠中羧酸基團的離解度從0變化到1,其體積增長約90倍。總體來說,過去研究的pH刺激響應性納米水凝膠的PH刺激響應性比較弱,體積變化的范圍一般在100倍以內。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的pH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,該方法工藝簡單,成本低,適合于批量生產(chǎn);制備的納米水凝膠水分散液穩(wěn)定性高,具有良好的應用前景。本發(fā)明的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的pH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,包括(1)將線性聚合物溶于去離子水配制成質量百分比濃度為0. 1 20%的聚合物水溶液,調節(jié)PH值至3 7,然后在聚合物水溶液中加入單體和交聯(lián)劑,其中,單體的質量百分比濃度為0. 1 20%,交聯(lián)劑用量為單體質量的0. 02 5% ;通入氮氣并攪拌,升溫至 60 80°C并維持20 40分鐘,得反應物水溶液;(2)在室溫下配制質量百分比濃度為1 10%的引發(fā)劑水溶液,將引發(fā)劑水溶液按步驟(1)中單體質量的0. 1 加入到上述反應物水溶液中并加熱至60 80°C,通入氮氣,反應4 6小時,反應結束后冷卻至室溫,將產(chǎn)物離心分離(去除未反應的單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和未進人納米水凝膠中的線性聚合物)即得PH刺激響應性納米水凝膠。所述步驟(1)中的線性聚合物為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉鹽或銨鹽、聚甲基丙烯酸、 聚甲基丙烯酸鈉鹽或銨鹽中的一種。 所述步驟(1)中的調節(jié)PH值采用0. IM的HCl水溶液或0. IM的NaOH水溶液。所述步驟(1)中的單體為N-異丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-異丙基甲基丙烯酰胺或N-正丙基甲基丙烯酰胺。所述步驟(1)中的交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酰胺或四縮乙二醇雙丙烯酸酯。所述步驟⑴中的攪拌速度為100 400轉/分鐘。所述步驟O)中的引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨。本發(fā)明制備的納米水凝膠可通過改變反應介質pH值、線性聚合物的用量、交聯(lián)劑的用量來調節(jié)納米水凝膠的粒徑。制備的納米水凝膠有超強的PH刺激響應性,當水介質的 PH值從4. 0增加到6. 0時,其體積變化可達到100多倍,外觀上納米水凝膠水分散液從乳白色變?yōu)闊o色透明。有益效果(1)本發(fā)明工藝簡單,成本低,適合于批量生產(chǎn),制備過程中采用水作反應介質,無有毒有害的副產(chǎn)物產(chǎn)生,對環(huán)境友好;(2)本發(fā)明制備的納米水凝膠水分散液穩(wěn)定性高,納米水凝膠為半互穿網(wǎng)絡結構, 在室溫下存放半年物無任何絮凝或沉淀物產(chǎn)生,具有良好的應用前景。
圖1為實施例1制備的pH值刺激響應性納米水凝膠的 pH的關系曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例,進一步闡述本發(fā)明。應理解,這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后,本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1將0. 75g聚丙烯酸溶于90ml去離子水中,攪拌溶解后,用0. IM鹽酸水溶液調成pH =3士0. 2,再將0. 5g異丙基丙烯酰胺、0. 02g亞甲基雙丙烯酰胺加入到聚丙烯酸水溶液中。 通入氮氣,攪拌速度為300轉/分鐘,逐漸升溫至75 °C,平衡30分鐘后待用。將0. Olg過硫酸銨引發(fā)劑溶于3ml去離子水中,再加入到上述反應物水溶液中,持續(xù)通氮氣,控制在上述攪拌速度和溫度下反應5小時。反應結束后冷卻至室溫,所得產(chǎn)物為乳白色的納米水凝膠水分散液。將所得納米水凝膠水分散液通過3次重復的高速離心、超聲分散的純化工藝,去除未反應的單體、交聯(lián)劑、或未進人到納米水凝膠中的線性聚合物,得到半互穿網(wǎng)絡結構的納米水凝膠水分散液。在pH值為3. 0 7. 0的條件下,采用動態(tài)激光光散射儀測試納米水凝膠的粒徑, 結果為在PH值為4. 0到6. 0的范圍內,納米水凝膠的體積從1403rim3變到9003nm3。實施例2將0. 75g聚丙烯酸溶于90ml去離子水中,攪拌溶解后,用0. IM的氫氧化鈉水溶液調成pH = 7士0. 2,再將0. 5g異丙基丙烯酰胺、0. 02g亞甲基雙丙烯酰胺加入到聚丙烯酸水溶液中。通入氮氣,攪拌速度為300轉/分鐘,逐漸升溫至75°C,平衡30分鐘后待用。將0. Olg過硫酸銨引發(fā)劑溶于3ml去離子水中,再加入到上述反應物水溶液中,持續(xù)通氮氣,控制在上述攪拌速度和溫度下反應5小時。反應結束后冷卻至室溫,所得產(chǎn)物為乳白色的納米水凝膠水分散液。將所得納米水凝膠水分散液通過3次重復的高速離心、超聲分散的純化工藝,去除未反應的單體、交聯(lián)劑、或未進人到納米水凝膠中的線性聚合物,得到半互穿網(wǎng)絡結構的納米水凝膠水分散液。在pH值為3. 0 7. 0的條件下,采用動態(tài)激光光散射儀測試納米水凝膠的粒徑, 結果為在PH值為4. 0到6. 0的范圍內,納米水凝膠的體積從1403歷3變到5503nm3。實施例3將2g聚丙烯酸溶于IOOml去離子水中,攪拌溶解后,用鹽酸水溶液或氫氧化鈉水溶液調成PH= 3士0.2,再將2g異丙基丙烯酰胺、0. Ig亞甲基雙丙烯酰胺加入到聚丙烯酸水溶液中。通入氮氣,攪拌速度為100轉/分鐘,逐漸升溫至80°C,平衡40分鐘后待用。將0.02g過硫酸銨引發(fā)劑溶于2ml去離子水中,再加入到上述反應物水溶液中,持續(xù)通氮氣,控制在上述攪拌速度和溫度下反應6小時。反應結束后冷卻至室溫,所得產(chǎn)物為乳白色的納米水凝膠水分散液。將所得納米水凝膠水分散液通過3次重復的高速離心、超聲分散的純化工藝,去除未反應的單體、交聯(lián)劑、或未進人到納米水凝膠中的線性聚合物,得到半互穿網(wǎng)絡結構的納米水凝膠水分散液。在pH值為3. 0 7. 0的條件下,采用動態(tài)激光光散射儀測試納米水凝膠的粒徑, 結果為在PH值為4. 0到6. 0的范圍內,納米水凝膠的體積從1703nm3變到9503nm3。實施例4將0.2g聚丙烯酸溶于IOOml去離子水中,攪拌溶解后,用鹽酸水溶液或氫氧化鈉水溶液調成PH = 3士0. 2,再將0. 2g異丙基丙烯酰胺、0. 002g亞甲基雙丙烯酰胺加入到聚丙烯酸水溶液中。通入氮氣,攪拌速度為400轉/分鐘,逐漸升溫至60°C,平衡20分鐘后待用。將0. OOlg過硫酸銨引發(fā)劑溶于2ml去離子水中,再加入到上述反應物水溶液中, 持續(xù)通氮氣,控制在上述攪拌速度和溫度下反應4小時。反應結束后冷卻至室溫,所得產(chǎn)物為乳白色的納米水凝膠水分散液。將所得納米水凝膠水分散液通過3次重復的高速離心、超聲分散的純化工藝,去除未反應的單體、交聯(lián)劑、或未進人到納米水凝膠中的線性聚合物,得到半互穿網(wǎng)絡結構的納米水凝膠水分散液。在pH值為3. 0 7. 0的條件下,采用動態(tài)激光光散射儀測試納米水凝膠的粒徑, 結果為在PH值為4. 0到6. 0的范圍內,納米水凝膠的體積從1403歷3變到9403nm3。
權利要求
1.一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,包括(1)將線性聚合物溶于去離子水配制成質量百分比濃度為0.1 20%的聚合物水溶液,調節(jié)PH值至3 7,然后在聚合物水溶液中加入單體和交聯(lián)劑,其中,單體的質量百分比濃度為0. 1 20%,交聯(lián)劑用量為單體質量的0. 02 5% ;通入氮氣并攪拌,升溫至60 80°C并維持20 40分鐘,得反應物水溶液;(2)在室溫下配制質量百分比濃度為1 10%的引發(fā)劑水溶液,將引發(fā)劑水溶液按步驟(1)中單體質量的0. 1 加入到上述反應物水溶液中并加熱至60 80°C,通入氮氣, 反應4 6小時,反應結束后冷卻至室溫,將產(chǎn)物離心分離即得PH刺激響應性納米水凝膠。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的線性聚合物為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉鹽或銨鹽、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸鈉鹽或銨鹽中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的調節(jié)PH值采用0. IM的HCl水溶液或0. IM的NaOH 水溶液。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的單體為N-異丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、 N-正丙基丙烯酰胺、N-異丙基甲基丙烯酰胺或N-正丙基甲基丙烯酰胺。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酰胺或四縮乙二醇雙丙烯酸酯。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟(1)中的攪拌速度為100 400轉/分鐘。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的PH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,其特征在于所述步驟O)中的引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于半互穿網(wǎng)絡結構的pH刺激響應性納米水凝膠的制備方法,包括(1)配制聚合物水溶液,調節(jié)pH值至3~7,然后在聚合物水溶液中加入單體和交聯(lián)劑,通入氮氣并攪拌,升溫至60~80℃并維持20~40分鐘,得反應物水溶液;(2)配制引發(fā)劑水溶液,將引發(fā)劑水溶液加入到上述反應物水溶液中并加熱至60~80℃,通入氮氣,反應4~6小時,反應結束后冷卻至室溫,將產(chǎn)物離心分離即得pH刺激響應性納米水凝膠。本發(fā)明工藝簡單,成本低,適合于批量生產(chǎn);本發(fā)明制備的納米水凝膠水分散液穩(wěn)定性高,具有良好的應用前景。
文檔編號C08L33/02GK102229732SQ20111012105
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2011年5月11日
發(fā)明者劉曉云, 張晨, 查劉生 申請人:東華大學