本發(fā)明屬于智能材料、高分子材料和生物醫(yī)學工程領域，具體涉及一種葡萄糖響應性的可降解薄膜及其制備方法。

背景技術：

聚己內酯PCL具有優(yōu)異的生物降解性、生物相容性以及藥物通透性，使用PCL與其他聚合物共聚制備納米粒子用于藥物控制釋放載體的報道屢見不鮮。（Cuong, N. V.; Li, Y. L.; Hsieh, M. F. Journal of Materials Chemistry 2011, 22 (3)：1006-1020.）而且PCL在水中呈疏水狀態(tài)，與PPBDEMA形成嵌段共聚物制成膜以后，即使另一部分由于與葡萄糖發(fā)生反應，導致苯硼酸部分脫落，薄膜被破壞由疏水向親水轉變，由于有PCL的存在，膜依然能保持完整性。在薄膜功能性失效后由于PCL具有降解性能在醫(yī)用環(huán)境中可以自己分解。

智能有機材料近年來得到廣泛關注，這些材料能對外界刺激，如溫度、pH值、光、鹽、糖等做出響應，在納米科技、生物醫(yī)學領域都有廣泛的應用。其中，糖響應材料是最近發(fā)展起來的一種智能材料。硼酸可以與含有二醇結構的化合物結合生成酯，反應是可逆的。硼酸與含二醇基團的這種結合作用使得它作為葡萄糖識別基團用于葡萄糖傳感器的構建、核苷酸的轉運及作為親和配體用于碳水化合物和葡萄糖蛋白的分離等。苯硼酸衍生物在水溶液中存在兩種狀態(tài)，帶負電荷的四面體結構可以和葡萄糖絡合形成穩(wěn)定的苯硼酸酯結構，它是溶于水的，而中性三面體結構的苯硼酸與葡萄糖形成不穩(wěn)定的環(huán)狀結構。當葡萄葡萄糖濃度增加時，水溶液中四面體結構的苯硼酸數(shù)量增加，三面體結構苯硼酸數(shù)量減少，所以體系的水溶性增加。在本發(fā)明中，我們通過ATRP反應制備了PCL-b-PPBDEMA二嵌段共聚物形成的可降解、可控釋并且具有糖響應性的薄膜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種糖響應性的可降解薄膜的制備方法。

本發(fā)明的目的是將苯甲醇與ε-己內酯在辛酸亞錫的催化下開環(huán)聚合，得到端基為羥基的聚己內酯（PCL）。再將聚己內酯溶于二氯甲烷中與二溴異丁酰溴進行反應，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）。再向溴化聚己內酯的苯甲醚溶液中加入2-苯硼酸酯-5-乙基-1,3-二氧己環(huán)（PBDEMA），得到二嵌段共聚物PCL-b-PPBDEMA。將PCL-b-PPBDEMA溶于四氫呋喃并倒入四氟板，揮發(fā)后制備得到可降解薄膜，從而實現(xiàn)胰島素緩慢釋放，如圖1所示。

本發(fā)明提出的糖響應的可降解薄膜的制備方法，具體步驟如下：

（1）在氮氣保護下，將苯甲醇、己內酯單體和辛酸亞錫以摩爾比為1:（20~40）：（20~40）的比例加入到干燥的反應瓶中，100~140℃下反應12~36小時后用溶劑A稀釋，在溶劑B中沉淀；

（2）在氮氣保護下，將步驟（1）得到的產物、三乙胺與2-溴異丁酰溴以摩爾比為1:（3~5）:（3~5）的比例溶于溶劑C中，冰水浴反應1~2小時，室溫反應24~48小時；用溶劑D稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥，在溶劑E中沉淀，過濾后提純、干燥；

（3）將步驟（2）所得產物、催化劑F和PBDEMA單體溶于溶劑G中，其中催化劑F與PBDEMA單體的投料比按照所需分子量設計；體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為60～80 ℃，反應時間為1～48小時，除去催化劑F后，并經溶劑H沉淀、真空干燥，即得到PCL-b-PPBDEMA；

（４）將步驟（３）得到PCL-b-PPBDEMA溶解于溶劑Ｉ中，在室溫下攪拌0.5~2小時；倒入四氟板并置于通風櫥，直至溶劑揮發(fā)完畢；再將四氟板放在40℃的烘箱中烘1~3小時，將薄膜從四氟板上揭下，即得到可降解薄膜。

本發(fā)明中，所需的二嵌段共聚物結構式如下所示：

其中m為25~35；n為55~65。

本發(fā)明中，溶劑A為氯仿、二氯甲烷或四氫呋喃中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑B為甲醇或正己烷中的一種或兩種。

本發(fā)明中，溶劑C為四氫呋喃，苯甲醚、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑D為二氯甲烷或無水乙醚中的一種或兩種。

本發(fā)明中，溶劑E為甲醇或正己烷中的一種或兩種。

本發(fā)明中，催化劑F為氯化亞銅/聯(lián)吡啶、溴化亞銅/聯(lián)吡啶、氯化亞銅/五甲基二乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、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幾種。

本發(fā)明中，溶劑G為四氫呋喃、苯甲醚、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二乙基甲酰胺或N, N-二甲基乙酰胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑H為無水乙醚、正己烷或環(huán)己烷中的一種或幾種。

本發(fā)明中，溶劑I為丙酮、四氫呋喃、二氯甲烷或三氯甲烷中的一種或幾種。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：原料來源廣泛，所用的己內酯、2-苯硼酸酯-5-乙基-1,3-二氧己環(huán)、溶劑、沉淀劑等均可工業(yè)化生產，合成方法簡單易行。制備的PCL-b-PPBDEMA薄膜具有糖響應性，并且可降解、可控釋。該雜化材料可以在糖濃度升高時實現(xiàn)膜的破裂，為糖尿病的治療提供了一種思路，在藥物控釋、生物智能開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。

附圖說明

圖1為聚合物的澆鑄成膜示意圖以及胰島素緩慢釋放示意圖。

圖2為實施例3所得到的PCL-b-PPBDEMA的¹H NMR核磁譜圖。

圖3為實施例3所得到的聚合物薄膜在不同時間不同葡萄糖濃度下薄膜的顯微鏡示意圖。其中：(a) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時間1小時 (a’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml, 緩釋時間1小時，(b) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時間1天，(b’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml，緩釋時間1天，(c) 葡萄糖濃度0 mg/ml，緩釋時間7天，(c’) 葡萄葡萄糖濃度8 mg/ml，緩釋時間7天。

具體實施方式

以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

在氮氣保護下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，35.33 uL（87.63 uumol）辛酸亞錫，10 g（87.63 mmol）己內酯加入干燥的反應瓶中，100℃下反應12小時；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水二氯甲烷中，加入0.95 g（9.375 mmol）三乙胺，抽真空通氮氣并在冰水浴中攪拌，同時通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于22.5 mL二氯甲烷的2.15 g（9.375 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應1小時，室溫反應24小時；反應結束后反應液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.91 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應瓶中，抽真空通氮氣三次，最后一次的時候加入0.47 g (0.65 mmol) CuBr，60℃下反應1小時。反應結束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

0.5 g聚合物溶解于10 mL 四氫呋喃溶液中，在室溫下攪拌一個小時，倒入四氟板中置于通風櫥里，直至溶劑發(fā)揮完畢，再將四氟板放在40℃的烘箱中烘兩個小時，將薄膜從四氟板上揭下。

實施例2

在氮氣保護下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，66.25 uL（164.30 uumol）辛酸亞錫，18.75 g（164.30 mmol）己內酯加入干燥的反應瓶中，100℃下反應36小時；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300mL甲醇中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水四氫呋喃中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮氣并在冰水浴中攪拌，同時通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30mL四氫呋喃的3.59 g（15.63 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應2小時，室溫反應48小時；反應結束后反應液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.16 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應瓶中，抽真空通氮氣三次，最后一次的時候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，80℃下反應48小時。反應結束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實施例1。

實施例3

在氮氣保護下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，15 g（131.40 mmol）己內酯加入干燥的反應瓶中，130℃下反應24小時；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水THF中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮氣并在冰水浴中攪拌，同時通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL THF的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應2小時，室溫反應40小時；反應結束后反應液用用一倍的THF稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.91 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL無水四氫呋喃加入干燥的反應瓶中，抽真空通氮氣三次，最后一次的時候加入0.47g (0.65 mmol)CuBr，70℃下反應44小時。反應結束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實施例1。

說明書附圖中的圖2為PCL-b-PPBDEMA的核磁共振氫譜。其中譜圖中峰位置a~s對應結構式中a~s種類的氫環(huán)境。由屬于PBDEMA上δ=7.78 ppm（g）處苯環(huán)上的鄰位氫的峰面積和屬于聚己內酯上δ=2.35 ppm（e）亞甲基峰的面積比可確定PBDEMA的重復單元數(shù)DP。:

DP=I7.78/I2.35*30

其中DP為PBDEMA的重復單元數(shù)，I7.78和I2.35分別為信號（g）化學位移7.78 ppm和信號（e）化學位移2.35 ppm處的積分面積。經計算DP=60，Mn,NMR=19386。

從說明書附圖圖3中可以看到隨著時間的變長，薄膜發(fā)生了不同程度的溶脹，這是因為高分子在水溶液條件下會發(fā)生溶脹的原因。葡萄糖濃度為0 mg/ml,緩釋時間為1小時情況下，發(fā)現(xiàn)聚合物膜幾乎是完整的，只是局部有不明顯“黑點”。而相同緩釋時間，葡萄糖濃度為8 mg/ml，更多的“黑點”出現(xiàn)，這是因為薄膜中PPBDEMA鏈段會與葡萄糖發(fā)生反應，導致苯硼酸部分脫落，薄膜被破壞，隨著時間的增長更多的PPBDEMA鏈段與葡萄糖發(fā)生反應，薄膜的親水性進一步增加，所以出現(xiàn)更為明顯的溶脹現(xiàn)象，所以(b’)圖中出現(xiàn)非常明顯的裂縫，薄膜中形成不規(guī)則的碎片。當緩釋實驗進行7天之后，葡萄糖濃度為8mg/ml條件下，發(fā)現(xiàn)在顯微鏡下薄膜已經沒有完整的形狀。

將附圖的實驗結果寫于此處

實施例4

在氮氣保護下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，12.5 g（131.40 mmol）己內酯加入干燥的反應瓶中，120℃下反應24小時；接著冷卻至室溫后用40 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水二氯甲烷中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮氣并在冰水浴中攪拌，同時通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL二氯甲烷的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應2小時，室溫反應40小時；反應結束后反應液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，9.65 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應瓶中，抽真空通氮氣三次，最后一次的時候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，70℃下反應44小時。反應結束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

薄膜制備方法同實施例1。

實施例5

在氮氣保護下將0.47 g（4.38 mmol）苯甲醇，53 uL（131.44 uumol）辛酸亞錫，17.5 g（131.40 mmol）己內酯加入干燥的反應瓶中，120℃下反應24小時；接著冷卻至室溫后用50 mL二氯甲烷稀釋，在冰凍300 mL正己烷中沉淀三次，減壓除去正己烷，得到聚己內酯（PCL）；已干燥的10 g（3.13 mmol）PCL溶解于100 mL無水CH₂Cl₂中，加入1.27 g（12.50 mmol）三乙胺，抽真空通氮氣并在冰水浴中攪拌，同時通過恒壓滴液漏斗逐滴加入溶于30 mL二氯甲烷的2.87 g（12.52 mmol）二溴異丁酰溴。冰水浴反應2小時，室溫反應40小時；反應結束后反應液用用一倍的二氯甲烷稀釋，過濾，碳酸氫鈉洗，水洗，硫酸鎂干燥；在冰凍500 mL甲醇中沉淀，得到溴化聚己內酯（PCL-Br）；將1.00 g（0.33 mmol）PCl-Br，8.16 g (32.55 mmol) PBDEMA, 0.12 g (0.65 mmol) PMDETA, 8.16 mL苯甲醚加入干燥的反應瓶中，抽真空通氮氣三次，最后一次的時候加入0.47g (0.65 mmol) CuBr，60℃下反應44小時。反應結束后用氯仿溶解，過中性氧化鋁柱子并旋蒸濃縮；用500 mL正己烷/無水乙醚以4/1沉淀一次，500 mL正己烷/無水乙醚以5/1沉淀兩次；減壓除去溶劑，得到PCL-b-PPBDEMA。

0.5 g聚合物溶解于10 mL 二氯甲烷溶液中，在室溫下攪拌一個小時，倒入四氟板中置于通風櫥里，直至溶劑發(fā)揮完畢，再將四氟板放在40℃的烘箱中烘兩個小時，將薄膜從四氟板上揭下。