本發(fā)明涉及一種水凝膠的制備方法，尤其涉及一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，屬于水凝膠環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

水凝膠是平衡狀態(tài)下含水的水合交聯(lián)聚合體系，水凝膠是具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團(tuán)和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。水凝膠有良好的親水性，在水中有很強(qiáng)的溶脹能力，但卻不溶于水。水凝膠在使用過程中處溶脹狀態(tài)，相當(dāng)柔軟，并具有橡膠彈性，可以減少對周圍細(xì)胞和組織的機(jī)械沖撞和刺激。

溫敏性水凝膠是研究和應(yīng)用最為廣泛的一種刺激響應(yīng)性水凝膠，當(dāng)外界溫度在其低臨界溶解溫度(LCST)附近發(fā)生微小變化時，溫敏性水凝膠能夠表現(xiàn)出明顯的相轉(zhuǎn)變性能。在實驗操作中，這種相轉(zhuǎn)變性能特別有利于進(jìn)行細(xì)胞操作，比如可輕松向冷確的溫敏性水凝膠中加入培養(yǎng)基，可通過給培養(yǎng)瓶降溫的方式進(jìn)行細(xì)胞離心收集。在凝膠狀態(tài)時，它的高親脂性為細(xì)胞增殖、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、氣體質(zhì)量交換以及細(xì)胞和組織對剪切力的防御等提供了非常有效的生長環(huán)境。近年來很多研究者報導(dǎo)了其在生物醫(yī)學(xué)方面的潛在應(yīng)用，如藥物控釋、生物分離等。

中國專利CN201210571657.4涉及一種多孔溫敏水凝膠緩釋劑及其制備方法。以聚N-異丙基丙烯酰胺多孔溫敏水凝膠為載體，在凝膠內(nèi)負(fù)載上藥物，利用聚N-異丙基丙烯酰胺的溫度敏感特性，來實現(xiàn)對藥物的控制釋放。當(dāng)溫度低于水凝膠的LCST時，藥物釋放很慢，而當(dāng)溫度高于其LCST時，釋放速率加快。

中國專利CN201110386870.3公開了一種可原位增強(qiáng)溫敏聚合物的合成方法，由雙鍵功能單體均聚得到，或者由雙鍵功能單體與碳酸酯、內(nèi)酯、交酯中的一種共聚得到。水凝膠在較低溫時為液體形態(tài)，而在生理溫度下為凝膠形態(tài)，能方便的引入生物活性分子和生物信號，賦予材料特殊的生物活性，且水凝膠在生理環(huán)境下，能逐漸降解。

現(xiàn)行關(guān)于溫敏型水凝膠較多采用傳統(tǒng)的自由基聚合，自由基聚合在很短的時間內(nèi)有成千上萬的單體才加反應(yīng)形成聚合物鏈。同時由于單體反應(yīng)時間非常快，導(dǎo)致聚合物鏈沒有時間形成松弛，在聚合物中形成微凝膠，導(dǎo)致水凝膠結(jié)構(gòu)不均勻、很多性能受影響?；钚钥煽刈杂苫磻?yīng)體系中，聚合物有充分的時間松弛，但關(guān)于活性可控自由基反應(yīng)制備溫敏水凝膠的報道較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的旨在提供一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠。

本發(fā)明的另一目的提供一種基于ATRP聚合的溫敏型的制備方法。

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明所述的一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，其特征在于，由于采用活性原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法(ATRP法)引發(fā)單體聚合、交聯(lián)，聚合物鏈可在聚合反應(yīng)中處于松弛狀態(tài)，聚合反應(yīng)生成分子量分布窄、且分子量、交聯(lián)密度可控的高分子水凝膠，且水凝膠組成一致、均勻，在低臨界溶解溫度附近發(fā)生微小變化時，溫敏性水凝膠能夠表現(xiàn)出明顯的相轉(zhuǎn)變性能。

本發(fā)明的一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，其制備方法包括如下步驟：

a)水凝膠的制備：在惰性氣氛保護(hù)條件下，在室溫下將200～400份去離子水、50～100份強(qiáng)極性溶劑、10～20份聚合單體、15～30份交聯(lián)單體、0.05～0.1份表面活性劑加入到反應(yīng)裝置中，攪拌，啟動冷凝裝置工作，然后依次加入0.2～1份催化劑、0.5～3份配體；待混合均勻后，繼續(xù)通氮氣0.5～1h，滴加0.2～1份引發(fā)劑至反應(yīng)裝置中，滴加完畢后，密封反應(yīng)裝置，在40～60℃反應(yīng)2～48h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，先用稀鹽酸中浸泡置換出銅離子，然后在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去雜質(zhì)，放入真空烘箱中40℃烘干至恒重，得到一種溫敏型水凝膠。

水凝膠溫敏性測定：將干燥水凝膠樣品置于不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡后，取出水凝膠，擦干其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)。

所述的強(qiáng)極性溶劑為甲醇、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、二甲亞砜、二氧六環(huán)中的一種或幾種的組合。

所述的聚合單體為對N-異丙基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺二者混合物，質(zhì)量比為1:2～1:6。

所述的交聯(lián)單體為N，N’亞甲基雙丙烯酰胺。

所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、壬基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚乙烯醇中的一種或幾種的組合。

所述的催化劑為溴化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、溴化銅中的一種或兩種以上；進(jìn)一步地，優(yōu)選為氯化亞銅。

所述的配體為五甲基二乙烯基三胺、三(2-二甲基氨基乙基)胺、2，2’-聯(lián)吡啶，N，N，N’，N’，N”-五甲基二乙烯基三胺、N，N，N’，N’，N”-五甲基丙烯酸甲酯基二乙烯基三胺、N，N，N’，N’，N”，N”-六甲基丙烯酸正丁酯基三乙烯基四胺、N，N，N’，N’，N”，N”-六甲基丙烯酸甲酯基三乙烯基四胺中的一種或兩種以上；進(jìn)一步地，優(yōu)選為五甲基二乙烯基三胺。

所述的引發(fā)劑為2-氯丙酰胺、2-溴丙酰胺、2-溴丙烯酸乙酯、二溴丙烯酸乙酯、2-溴代異丁酸乙酯、2-溴丙烯酸乙酯中的一種或兩種以上；進(jìn)一步地，優(yōu)選為2-氯丙酰胺或2-溴丙酰胺或者二者混合物。

本發(fā)明的一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠制備方法的優(yōu)點：工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，一步有機(jī)合成方法合成，制備所得的聚合物水凝膠水性環(huán)保，LCST在30～40℃。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠做進(jìn)一步的描述?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對該發(fā)明的限定。

實施例1

一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，其制備方法如下：

a)水凝膠的制備：在惰性氣氛保護(hù)條件下，在室溫下將250份去離子水、50份N，N-二甲基甲酰胺、2份N-異丙基丙烯酰胺、8份N-羥甲基丙烯酰胺、25份N，N’亞甲基雙丙烯酰胺、0.05份十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)裝置中，攪拌，啟動冷凝裝置工作，然后依次加入0.1份溴化亞銅、0.1份氯化亞銅、0.8份五甲基二乙烯基三胺；待混合均勻后，繼續(xù)通氮氣0.5h，滴加0.2份氯丙酰胺至反應(yīng)裝置中，滴加完畢后，密封反應(yīng)裝置，在60℃反應(yīng)48h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，先用稀鹽酸中浸泡置換出銅離子，然后在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去雜質(zhì)，放入真空烘箱中40℃烘干至恒重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將干燥水凝膠樣品置于不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡后，去除水凝膠，擦干其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經(jīng)測定本實施例LCST為34.6±1℃。

實施例2

一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，其制備方法如下：

a)水凝膠的制備：在惰性氣氛保護(hù)條件下，在室溫下將300份去離子水、60份甲醇、5份N-異丙基丙烯酰胺、10份N-羥甲基丙烯酰胺、30份N，N’亞甲基雙丙烯酰胺、0.05份十六烷基三甲基溴化銨加入到反應(yīng)裝置中，攪拌，啟動冷凝裝置工作，然后依次加入0.4份溴化亞銅、1份2，2’-聯(lián)吡；待混合均勻后，繼續(xù)通氮氣1h，滴加0.4份引發(fā)劑2-溴丙酰胺至反應(yīng)裝置中，滴加完畢后，密封反應(yīng)裝置，在40℃反應(yīng)48h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，先用稀鹽酸中浸泡置換出銅離子，然后在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去雜質(zhì)，放入真空烘箱中40℃烘干至恒重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將干燥水凝膠樣品置于不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡后，去除水凝膠，擦干其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經(jīng)測定本實施例LCST為34.0±1℃。

實施例3

一種基于ATRP聚合的溫敏型水凝膠，其制備方法如下：

a)水凝膠的制備：在惰性氣氛保護(hù)條件下，在室溫下將400份去離子水、50份N，N-二甲基甲酰胺、3份N-異丙基丙烯酰胺、7份N-羥甲基丙烯酰胺、30份N，N’亞甲基雙丙烯酰胺、0.1份聚乙烯醇加入到反應(yīng)裝置中，攪拌，啟動冷凝裝置工作，然后依次加入0.5份氯化亞銅、3份五甲基二乙烯基三胺；待混合均勻后，繼續(xù)通氮氣0.5h，滴加0.5份引發(fā)劑2-溴丙酰胺至反應(yīng)裝置中，滴加完畢后，密封反應(yīng)裝置，在50℃反應(yīng)24h，得透明有彈性的膠狀物；

b)提純水凝膠：取出a)步驟中的膠狀物，先用稀鹽酸中浸泡置換出銅離子，然后在去離子水中浸泡24h，每隔2h換一次水，以除去雜質(zhì)，放入真空烘箱中40℃烘干至恒重，得到一種溫敏型水凝膠。

溫敏性測定：將干燥水凝膠樣品置于不同溫度下的去離子水中，溶脹平衡后，去除水凝膠，擦干其表面的水分，稱重，計算各個溫度下的平衡溶脹率，確定最低臨界溶解溫度(LCST)，經(jīng)測定本實施例LCST為32.4±1℃。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案。