一種溫度敏感性納米水凝膠及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種溫度敏感性聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝 膠及其制備方法及其作為藥物載體的應(yīng)用，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度敏感性水凝膠是一類對(duì)溫度變化有響應(yīng)能力的智能水凝膠。隨著環(huán)境溫度的 改變，溫度敏感性水凝膠的物化性質(zhì)（比如體積、含水量、折射率、和滲透性等）會(huì)發(fā)生相當(dāng) 大的改變。目前，溫度敏感性水凝膠在藥物控釋、基因轉(zhuǎn)移、酶固定和免疫沉淀反應(yīng)等眾多 方面具有廣泛的應(yīng)用。
[0003] 常見的溫敏性聚合物包括聚異丙基丙烯酰胺（PNIPAM)、聚（甲基丙烯酸羥乙酯） (PHEMA)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)和羥丙基纖維素（HPC)等。其中聚異丙基丙烯酰胺的最 低臨界溶解溫度為32-33?，接近人體溫度，這使得此類聚合物的研宄與應(yīng)用最為廣泛。然 而，聚異丙基丙烯酰胺的生物相容性較差，這極大限制了它在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用。聚乙二 醇（PEG)是目前應(yīng)用最為廣泛的生物相容性材料之一。1976年，文獻(xiàn)報(bào)道了聚乙二醇材 料具有溫度敏感性，其最低臨界溶解溫度（LCST)在100°C左右，參見Saeki S，Kuwahara N，Nakata M，and Kaneko M, Polymer 1976,17,685-689,聚乙二醇的 LCST 遠(yuǎn)高于人體溫 度，所以聚乙二醇本身的溫敏性在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)未引起廣泛關(guān)注。2006年，Lutz等人制 備了一種以2-(2-甲氧基乙氧基）甲基丙烯酸乙酯（MEO 2MA)和寡聚（乙二醇）甲基丙烯 酸醋（OEGMA)作為功能單體的共聚物，參見 Lutz JF, Akdemir 5 ,and Hoth A，J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13046-13047。這些聚合物在水中的最低臨界溶解溫度在26°C _90°C之間可 控。2011年，Mori等人通過可逆加成聚合獲得的聚乙二醇二丙烯酸酯聚合物在水中的最低 臨界溶解溫度為 56-66°C (Mori H and Tsukamoto M, Polymer 2011，52, 635-645)。聚乙二 醇兼具生物相容性和溫度敏感性，是非常有前途的智能材料。然而由于聚乙二醇的相變溫 度通常較高，這是限制其應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
[0004] 溫度敏感性納米水凝膠（nanogel)是指粒徑范圍在納米尺度的溫敏性水凝膠。溫 敏性納米水凝膠具有較快的溫度響應(yīng)能力，其溫度響應(yīng)時(shí)間通常為數(shù)分鐘或者數(shù)秒鐘；而 對(duì)于具有相同化學(xué)組成而粒徑尺寸為微米尺度或更大粒徑的大粒凝膠（macrogel)而言， 其溫度的響應(yīng)時(shí)間通常為數(shù)小時(shí)甚或數(shù)天以上。因此，溫度敏感性納米水凝膠已成為這一 領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。CN1847273A公開了一種pH及溫度雙重敏感性N-異丙基丙烯酰胺類 納米水凝膠，粒徑為30nm-200nm，最低臨界溶解溫度（LCST)為35°C?45°C ;其制備方法是 將N-異丙基丙烯酰胺單體與A單體、交聯(lián)劑、表面活性劑溶于水中，水浴加熱，再加入引發(fā) 劑進(jìn)行聚合。其不足之處在于：一、該方法為了得到納米尺度的水凝膠，制備過程中必須加 入表面活性劑來穩(wěn)定所需的粒徑。由于表面活性劑很難除去，這不僅使產(chǎn)物的純化過程比 較費(fèi)時(shí)，而且產(chǎn)物的純度不易控制。二、使用聚異丙基丙烯酰胺為基質(zhì)，生物相容性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明提供一種溫度敏感性聚乙二醇二丙烯酸 酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠及其制備方法，該納米水凝膠能夠在人體胃腸環(huán)境條件 下控制藥物的釋放。
[0006] 術(shù)語(yǔ)說明：
[0007] 本發(fā)明所述的室溫具有本領(lǐng)域公知的含義，一般是指20_25°C，甚或是18_27°C。
[0008] 本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)粒徑，是通過光散射技術(shù)在納米水凝膠的水溶液中測(cè)定的，用 于反映應(yīng)用環(huán)境下的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚納米水凝膠的粒徑狀態(tài)。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種溫度敏感性納米水凝膠，是由聚乙二醇二丙烯酸酯與甲基丙烯酸或丙烯酸單 體共聚而成，動(dòng)態(tài)粒徑在100-500nm之間，數(shù)均分子量為0. 8萬(wàn)-12萬(wàn)；在胃液條件下最低 臨界溶解溫度為15-75 °C。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述聚乙二醇二丙烯酸酯與甲基丙烯酸或丙烯酸單體的摩爾 比為20/80?80/20,動(dòng)態(tài)粒徑在180-480nm之間，數(shù)均分子量為2萬(wàn)-8萬(wàn)；在胃液條件下 最低臨界溶解溫度為25-45 °C。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述聚乙二醇二丙烯酸酯與甲基丙烯酸或丙烯酸單體的摩爾 比為40/60?70/30,數(shù)均分子量為3萬(wàn)-6萬(wàn)；所述水凝膠動(dòng)態(tài)粒徑在190-210nm之間，在 胃液條件下最低臨界溶解溫度為35-40°C。
[0013] -種溫度敏感性聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠的制備方 法，包括步驟如下：
[0014] (1)將丙烯酸或甲基丙烯酸單體、聚乙二醇二丙烯酸酯、引發(fā)劑一起加入到溶劑中 混勻，通入氮?dú)夂竺芊猓磻?yīng)溫度控制在70-120°C，反應(yīng)時(shí)間2-24小時(shí)；得聚合物溶液；
[0015] 所述丙烯酸單體為甲基丙烯酸和丙烯酸；
[0016] 所述的溶劑是水、乙醇、乙酸、四氫呋喃、乙腈或二甲基亞砜；
[0017] (2)冷卻至室溫，使聚合物絮凝沉淀，離心沉淀收集聚合物水凝膠，透析、冷凍干 燥，得到聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的納米水凝膠的制備方法，優(yōu)選的：所述聚乙二醇丙烯酸酯的數(shù)均分 子量為在258-700之間；所述的引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過氧化苯甲酰和偶氮二異丁 腈。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的溶劑是水或乙醇。所述的引發(fā)劑為過硫酸銨。所 述的交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯的數(shù)均分子量為575。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的，所述聚乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸或甲基丙烯酸單體 摩爾比為40/60。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的納米水凝膠的制備方法，優(yōu)選的，步驟（1)中所述溶劑占全部反應(yīng) 體系的體積比為90-99. 8 %。所述全部反應(yīng)體系是指丙烯酸或甲基丙烯酸單體、聚乙二醇二 丙烯酸酯、引發(fā)劑和溶劑的總體積。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的納米水凝膠的制備方法，優(yōu)選的，當(dāng)步驟（1)中使用水為溶劑時(shí)，步 驟（2)冷卻后，將聚合物溶液加入含IM氯化鈉的pH I. 0的鹽酸溶液，使聚合物絮凝沉淀。 若步驟（1)中使用其他室溫下聚合物不溶解的溶劑，則無(wú)需加含氯化鈉的PH 1.0的鹽酸溶 液，自然沉淀即可。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的納米水凝膠的制備方法，優(yōu)選的，以上所述鹽酸溶液含IM的氯化 鈉；其加量為步驟（1)聚合物溶液體積的〇. 5-1. 2%，V/V。其作用是絮凝沉淀。
[0024] 優(yōu)選的，一種聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚納米水凝膠的制備方法，步 驟如下：
[0025] 將0. 211mmol甲基丙稀酸，與0. 143mmol聚乙二醇二丙稀酸醋575，質(zhì)量分?jǐn)?shù) IOwt %的過硫酸銨水溶液和去離子水50mL，添加到容量為IOOmL的小瓶?jī)?nèi)。充入氮?dú)釯Omin 去除自由溶解的氧，然后快速密封小瓶。升溫至70°C進(jìn)行聚合反應(yīng)4h。冷卻至室溫后，聚 合物溶液加入含2M氯化鈉的pH I. 0的鹽酸溶液400 μ L。8000-10000轉(zhuǎn)/min離心，收集 聚合物水凝膠。所得水凝膠再分散于水中并于室溫下透析72小時(shí)。冷凍干燥24小時(shí)，所 得共聚物納米水凝膠的動(dòng)態(tài)粒徑為198nm。所得共聚物納米水凝膠在模擬胃液條件pHl. 0、 150mM NaCl下的最低臨界溶解溫度為35°C。
[0026] 本發(fā)明的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚納米水凝膠的應(yīng)用，作為藥物載 體用于在人體胃腸環(huán)境條件下控制藥物的釋放。
[0027] 實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明方法制備的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚納米水凝膠 對(duì)5-氟尿嘧啶的負(fù)載效率為25-30%。5-氟尿嘧啶的生物半衰期只有約20分鐘，而將藥 物負(fù)載到所得共聚物納米水凝膠后可以大大延長(zhǎng)它的釋放時(shí)間，并可以在胃腸環(huán)境下對(duì)所 負(fù)載的藥物實(shí)現(xiàn)控制釋放。在模擬胃液條件（pH1.0，150mM NaCl)下、4小時(shí)，80-85%的 藥物從納米水凝膠中釋放；而相同時(shí)間內(nèi)，在模擬腸液條件（pH6. 8, 150mM NaCl)下，只有 45-47%的藥物從納米水凝膠中釋放。這說明通過聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚 納米水凝膠材料負(fù)載藥物后，可以控制藥物在不同環(huán)境中的釋放速率。
[0028] 本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)良效果：
[0029] 1、本發(fā)明中使用的聚乙二醇二丙烯酸酯，一個(gè)分子內(nèi)具有兩個(gè)雙鍵，可起到交聯(lián) 的作用，同時(shí)在本發(fā)明中，由于采用的特定分子量的聚乙二醇二丙烯酸酯（數(shù)均分子量在 258-700)，而且用量較大，所以它同時(shí)又作為大分子共聚單體。以聚乙二醇二丙烯酸酯為基 質(zhì)的溫敏材料生物相容性好。
[0030] 2、本發(fā)明納米水凝膠制備過程無(wú)需表面活性劑和任何其他助劑，更容易得到高純 產(chǎn)品。采用沉淀聚合所得共聚物納米水凝膠的動(dòng)態(tài)粒徑在100-500nm之間可控，無(wú)需添加 表面活性劑和其他任何助劑，產(chǎn)物純凈，表面積大，體積相變可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成，溫度響 應(yīng)時(shí)間短。
[0031] 3、本發(fā)明納米水凝膠制備方法通過特定的甲基丙烯酸與聚乙二醇二丙烯酸酯的 摩爾比和特定的聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粒徑和所希望的 LCST，得到滿足不同需要的納米水凝膠溫敏材料。本發(fā)明人研宄發(fā)現(xiàn)甲基丙烯酸投入量與 納米水凝膠粒徑大小成反向關(guān)系，與最低臨界溶解溫度的關(guān)系也是如此。
[0032] 4、引入丙烯酸或甲基丙烯酸單體與聚乙二醇二丙烯酸酯共聚，明顯降低了溫敏材 料的相變溫度。特別是在優(yōu)選條件下，所述共聚物的相變溫度接近人體溫度，有利于藥物在 人體條件下的控制釋放。
【附圖說明】
[0033] 圖1是實(shí)施例1的產(chǎn)物聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠的掃 描電鏡圖；
[0034] 圖2是實(shí)施例2的產(chǎn)物聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠的掃 描電鏡圖；
[0035] 圖3是實(shí)施例3的產(chǎn)物聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠的掃 描電鏡圖；
[0036] 圖4是實(shí)施例5的產(chǎn)物聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物納米水凝膠的掃 描電鏡圖；
[0037] 圖5是實(shí)施例2的負(fù)載5-氟尿嘧啶的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸共聚物 納米水凝膠在人體溫度（37°C)，模擬胃腸條件下的藥物釋放曲線。橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo) 是釋放率。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0039] 實(shí)施例中使用的聚乙二醇二丙烯酸酯（Mn = 258,575,700)和5-氟尿嘧啶從 Aladdin Chemistry Co. Ltd(Shanghai, China)購(gòu)買。甲基丙稀酸購(gòu)自天津河?xùn)|鴻雁化學(xué) 公