專利名稱：一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫敏性材料領(lǐng)域，特別涉及一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
刺激響應(yīng)性凝膠是一種能夠根據(jù)外部環(huán)境變化，如溫度、光、pH、磁場，而做出相應(yīng)相應(yīng)的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物。聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝膠是一種研究較為廣泛的溫敏性材料，該類凝膠在其最低臨界溶解溫度(LCST:32°C )時存在體積相變，當環(huán)境溫度高于32°C時，PNIPAM水凝膠會變得疏水而排擠出凝膠內(nèi)部的水，而低于該溫度時，凝膠會變得親水而充分溶脹，鑒于其特殊的溫度響應(yīng)性能，PNIPAM水凝膠在藥物傳遞、細胞分離、組織工程等領(lǐng)域有廣泛的研究應(yīng)用。溫度響應(yīng)性能的快慢對PNIPAM水凝膠的應(yīng)用有很大的影響。Liu(Polymer, 2006, 47，2330-2336.)報道了一種梳型的接枝PNIPAM水凝膠，當溫度高于LCST時，該類凝膠可在IOmin內(nèi)快速做出響應(yīng)而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)收縮，其快速響應(yīng)性能主要歸因于結(jié)構(gòu)中的可移動接枝鏈所提供的水分子釋放通道。將這種接枝型凝膠用于可植入藥物緩釋材料時，可很好的維持體內(nèi)藥物的持續(xù)釋放。然而，在植入人體后該類材料表面可能會吸附蛋白質(zhì)而形成表面污染，這會影響材料結(jié)構(gòu)中的功能基團，進而削弱水凝膠的溫度響應(yīng)性，導致凝膠無法根據(jù)溫度的改變而快速做出相應(yīng)的體積相變。研究發(fā)現(xiàn)，聚橫酸甜菜喊(PSBMA,Poly (sulfobetaine methacrylate) ) (Biomacromolecules, 2009, 10, 2809-2816.及Colloid Surf.B-Biointerfaces, 2010, 79, 415-420.)是一種具有很好生物兼容性和抗蛋白質(zhì)吸附的親水性聚合物，其在纖維蛋白原溶液的吸附量低于 0.3ng/cm 2。目前，已有研究表明(Macromolecules, 1998, 31, 6099-6105),將親水性的分子鏈接枝于PNIPAM聚合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，仍能維持水凝膠的快速溫敏性能。因此，將親水性的PSBMA分子鏈接枝于PNIPAM凝膠聚合網(wǎng)絡(luò)中，既可維持接枝型PNIPAM水凝膠的快速溫敏性能，又可改善水凝膠的抗蛋白吸附性能。可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合法(RAFT, Reversibleaddition-fragmentation chain transfer polymerization)采用雙硫酯或三硫酯為鏈轉(zhuǎn)移劑進行新的可控自由基聚合，RAFT聚合還具有如下特點:單體適用范圍較廣，可用于含有羧基、羥基、二烷胺基等特殊官能團烯類單體的聚合；RAFT聚合所要求的聚合條件溫和，可在傳統(tǒng)的自由基聚合條件下進行，適合的反應(yīng)溫度范圍較寬，且反應(yīng)過程無需保護和解保護等。到目前為止，國內(nèi)外已有相關(guān)的研究者通過RAFT聚合法在油溶性溶劑合成接枝型凝膠(graftedhydrogel),而在水溶液體系中采用RAFT合成接枝型凝膠的報道卻十分罕見。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠，其具有阻抗蛋白質(zhì)粘附在水凝膠表面的特性，同時還可延長包埋在凝膠內(nèi)部的藥物的釋放時間，使其能夠成為優(yōu)異的藥物緩釋載體。本發(fā)明的另一目的在于提供上述具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，制備過程采用水為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)條件溫和，后處理簡單，可控性強。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，包括以下步驟:(I)按以下重量比稱量原料:
磺酸甜菜堿0.2 0.8份;
N-異丙基丙烯酰胺1.2 1.8份；
水溶性引發(fā)劑0.01 0.02份.’
交聯(lián)劑0.04 0.08份；
RAFT試劑OXH 0.03份；
去離子水14 18份;(2)采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合法，將0.2 0.8份磺酸甜菜堿溶于去離子水，形成均勻的溶液后，加入0.01 0.03份RAFT試劑，通入氮氣除氧后，加入0.005 0.01份水溶性引發(fā)劑后密封，在40 70°C下進行活性聚合3 24h，制備出具有活性的磺酸甜菜堿聚合物； (3)取0.2 1.8份N-異丙基丙烯酰胺溶于去離子水，得到N-異丙基丙烯酰胺溶液；將步驟(2)得到的具有活性的磺酸甜菜堿聚合物加入N-異丙基丙烯酰胺溶液，加入
0.04 0.08份交聯(lián)劑、0.005 0.01份水溶性引發(fā)劑，充分攪拌得到均勻的混合液，將均勻混合的溶液轉(zhuǎn)移到模具，在40 80°C下，使活性的磺酸甜菜堿聚合物與N-異丙基丙烯酰胺進行接枝反應(yīng)，24 48h后，將得到的凝膠經(jīng)去離子水浸泡，得到具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝型(PNIPAM-g-PSBMA)水凝膠。所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丁脒鹽酸鹽中的至少一種。所述交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸二甘醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種。所述RAFT試劑為二硫代苯甲酸芐酯，二硫代苯甲酸異丁酯、三硫代碳酸酯、4-氰基二硫代苯甲酰戊酸、羧甲基硫代笨甲酸酯中的至少一種。上述制備方法得到的具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠，主體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為具有溫敏性的N-異丙基丙烯酰胺聚合網(wǎng)絡(luò)，接枝鏈為具有電中性的兩性離子磺酸甜菜堿聚合物分子鏈。本發(fā)明原理為:在含有雙硫酯基結(jié)構(gòu)(_C(=S)S_R)的RAFT試劑的作用下，將磺酸甜菜堿單體(SBMA)、引發(fā)劑充分溶于水中進行RAFT聚合，反應(yīng)一段時間后，將所得的含活性雙硫酯基的聚合物溶液與N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、交聯(lián)劑、水溶性引發(fā)劑均勻混合，在一定條件下進行凝膠接枝反應(yīng)，通過控制SBMA/NIPAM的比例、SBMA聚合時間、RAFT試劑的量進而控制水凝膠的接枝程度。制備得到的接枝型凝膠的主體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由N-異丙基丙烯酰胺組成，因而該類水凝膠具有溫敏性能，而接枝分子鏈為電中性的兩性離子聚合物PSBMA，PSBMA可通過靜電作用力和氫鍵在水凝膠表面結(jié)合水分子形成一層水合層，可很好的阻抗蛋白質(zhì)吸附在凝膠表面，另外PSBMA還可作為可移動的接枝鏈，為凝膠內(nèi)部提供水分子釋放通道，在溫度高于LCST時有利于水凝膠快速響應(yīng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:(I)本發(fā)明的制備過程采用水為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)條件溫和，后處理簡單，易于可控。(2)本發(fā)明所制備的水凝膠具有阻抗蛋白質(zhì)吸附性能及快速的溫度響應(yīng)速率。(3)本發(fā)明所制備的水凝膠作為可植入的藥物緩釋載體時，具有快速的響應(yīng)收縮性能，可很好的延長藥物的持續(xù)釋放時間。


圖1為實施例1制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠的溫度響應(yīng)速率圖。圖2為實施例·1制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在不同溫度下的藥物釋放曲線。圖3為實施例1制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠(RG)與PNIAPM水凝膠的蛋白質(zhì)吸附對比圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1在口徑為20mm的硬質(zhì)玻璃管中加入0.2g磺酸甜菜堿、0.0lg三硫代碳酸酯(RAFT試劑)、4ml去離子水，在磁力攪拌下均勻分散于去離子水中，抽真空通氮氣反復3次，然后保留氮氣保護，加入0.005g過硫酸鉀(引發(fā)劑)，溫度升至40°C，反應(yīng)3h后，得到具有活性的磺酸甜菜堿聚合物溶液；接著再將1.8g N-異丙基丙烯酰胺、0.08g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)、上述的磺酸甜菜堿聚合物均勻分散于IOml去離子水中，滴加含0.005g過硫酸鉀(引發(fā)劑)的水溶液，滴加完成后轉(zhuǎn)移到模具中，在40°C中反應(yīng)48h，將得到的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠取出，在去離子水中浸泡2周，每間隔12h更換一次水，以除去未反應(yīng)的單體分子，得到產(chǎn)物。本實施例制備的PNIPAM-g-PSBM水凝膠，主體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為具有溫敏性的N-異丙基丙烯酰胺聚合網(wǎng)絡(luò)，接枝鏈為具有電中性的兩性離子磺酸甜菜堿聚合物分子鏈。圖1為本實施例制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠的溫度響應(yīng)速率圖。水凝膠的響應(yīng)速率實驗是通過將凝膠從25°C的水中迅速轉(zhuǎn)移到45°C水中來進行的。由圖1可知，PNIPAM-g-PSBM水凝膠在15min內(nèi)失去72%的含水量，表現(xiàn)出快速收縮響應(yīng)速率。圖2為本實施例制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在不同溫度下的藥物釋放曲線。由圖2可知，PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在12°C時的藥物釋放時間為12h，而在45°C，其釋放時間延長至45h，說明PNIPAM-g-PSBMA水凝膠具有顯著的溫度響應(yīng)性，且可根據(jù)溫度的改變而延長藥物的釋放時間。圖3為本實施例制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠及PNIAPM水凝膠的蛋白質(zhì)吸附對比圖，其中，RG代表PNIPAM-g-PSBMA水凝膠，NIAPM代表PNIAPM水凝膠，由圖3可知，純PNIAPM水凝膠在25°C和37°C時蛋白質(zhì)吸附量分別為105 μ g/cm2、161 μ g/cm2，而PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在25°C和37°C時吸附量分別為3.5 μ g/cm2、19 μ g/cm2，遠低于純PNIAPM水凝膠的吸附量，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗蛋白質(zhì)吸附性能。實施例2在口徑為20mm的硬質(zhì)玻璃管中加入0.5g磺酸甜菜堿、0.02g 二硫代苯甲酸芐酯、6ml去離子水，在磁力攪拌下均勻分散于去離子水中，抽真空通氮氣反復3次，然后保留氮氣保護，加入0.0075g偶氮二氰基戊酸，溫度升至55°C，反應(yīng)IOh后，得到具有活性的磺酸甜菜堿聚合物溶液；接著再將1.5g N-異丙基丙烯酰胺、0.06g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、上述的磺酸甜菜堿聚合物均勻分散于IOml去離子水中，滴加含0.0075g過硫酸鉀的水溶液，滴加完成后轉(zhuǎn)移到特定模具中，在50°C中反應(yīng)24h，將得到PNIPAM-g-PSBMA水凝膠取出，在去離子水中浸泡2周，每間隔12h更換一次水，以除去未反應(yīng)的單體分子，得到產(chǎn)物。本實施例制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在15min內(nèi)可失去75%的含水量，45°C藥物釋放時間為48h，25°C和37°C時蛋白質(zhì)吸附量分別為4.1 μ g/cm2,21 μ g/cm2。實施例3 在口徑為20mm的硬質(zhì)玻璃管中加入0.8g磺酸甜菜堿、0.03gRAFT試劑(包括
0.0lg 二硫代苯甲酸芐酯和0.02g 二硫代苯甲酸異丁酯)、8ml去離子水，在磁力攪拌下均勻分散于去離子水中，抽真空通氮氣反復3次，然后保留氮氣保護，加入0.0lg引發(fā)劑(包括
0.005g過硫酸銨和0.005g過硫酸鈉)，溫度升至70°C，反應(yīng)24h后，得到具有活性的磺酸甜菜堿聚合物溶液；接著再將1.2g N-異丙基丙烯酰胺、0.04g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、上述的磺酸甜菜堿聚合物均勻分散于IOml去離子水中，滴加含0.0lg過硫酸鉀的水溶液，滴加完成后轉(zhuǎn)移到特定模具中，在80°C中反應(yīng)24h，將得到PNIPAM-g-PSBMA水凝膠取出，在去離子水中浸泡2周，每間隔12h更換一次水，以除去未反應(yīng)的單體分子，得到產(chǎn)物。本實施例制備的PNIPAM-g-PSBMA水凝膠在15min內(nèi)可失去70%的含水量，45°C藥物釋放時間為42.5h，25°C和37°C時蛋白質(zhì)吸附量分別為2.5 μ g/cm2、15.3 μ g/cm2。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，如引發(fā)劑還可為過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丁脒鹽酸鹽中的至少一種；RAFT試劑還可為二硫代苯甲酸芐酯，二硫代苯甲酸異丁酯、三硫代碳酸酯、4-氰基二硫代苯甲酰戊酸、羧甲基硫代笨甲酸酯中的至少一種；交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸二甘醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種；其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按以下重量比稱量原料:磺酸甜菜堿0.2 0.8份.，N-異丙基丙烯酰胺1.2 1.8份；水溶性引發(fā)劑0.01 0.02份；交聯(lián)劑0.04 0.08份；RAFT試劑OXM 0.03份； 去離子水14 18份; (2)采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合法，將0.2 0.8份磺酸甜菜堿溶于去離子水，形成均勻的溶液后，加入0.01 0.03份RAFT試劑，通入氮氣除氧后，加入0.005 0.01份水溶性引發(fā)劑后密封，在40 70°C下進行活性聚合3 24h，制備出具有活性的磺酸甜菜堿聚合物； (3)取0.2 1.8份N-異丙基丙烯酰胺溶于去離子水，得到N-異丙基丙烯酰胺溶液；將步驟(2)得到的具有活性的磺酸甜菜堿聚合物加入N-異丙基丙烯酰胺溶液，加入0.04 0.08份交聯(lián)劑、0.005 0.01份水溶性引發(fā)劑，充分攪拌得到均勻的混合液，將均勻混合的溶液轉(zhuǎn)移到模具，在40 80°C下，使活性的磺酸甜菜堿聚合物與N-異丙基丙烯酰胺進行接枝反應(yīng)，24 48h后，將得到的凝膠經(jīng)去離子水浸泡，得到具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝型水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，其特征在于，所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丁脒鹽酸鹽中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸二甘醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠的制備方法，其特征在于，所述RAFT試劑為二硫代苯甲酸芐酯，二硫代苯甲酸異丁酯、三硫代碳酸酯、4-氰基二硫代苯甲酰戊酸、羧甲基硫代笨甲酸酯中的至少一種。
5.權(quán)利要求1所述制備方法得到的具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠，其特征在于，主體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為具有溫敏性的N-異丙基丙烯酰胺聚合網(wǎng)絡(luò)，接枝鏈為具有電中性的兩性離子磺酸甜菜堿聚合物分子鏈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有抗蛋白質(zhì)吸附的溫敏性接枝水凝膠，按以下重量比含有磺酸甜菜堿0.2～0.8份；N-異丙基丙烯酰胺1.2～1.8份；引發(fā)劑0.01～0.02份；交聯(lián)劑0.04～0.08份；RAFT試劑0.01～0.03份；去離子水14～18份。本發(fā)明還公開了上述溫敏性接枝水凝膠的制備方法，本發(fā)明獲得的接枝型水凝膠具有阻抗蛋白質(zhì)吸附功能及對溫度的快速響應(yīng)速率，可應(yīng)用于植入式的藥物緩釋載體材料，延長藥物釋放時間，且反應(yīng)條件溫和，后處理簡單，可控性強。
文檔編號C08F220/54GK103214625SQ20131015099
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者徐守萍, 曾仁昌, 皮丕輝, 蔡智奇, 文秀芳, 程江 申請人:華南理工大學