一種可酸降解的溫度響應POSS雜化水凝膠的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種可對溫度變化快速響應且在酸環境下緩慢降解的水凝膠的制備方法。該水凝膠以N-異丙基丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮為共聚單體，以八乙烯基籠狀倍半硅氧烷和3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷為共交聯劑，通過氮氣保護下60°C自由基溶液聚合得到。該水凝膠在非酸性環境下穩定，具有明顯的溫敏性，LCST接近人體溫度。當處于酸性環境中，凝膠中部分交聯鍵斷裂使得凝膠緩慢降解。同時，該水凝膠具有較好的抗壓性，快速的響應性溶脹和解溶脹速率，將有潛力運用于定向藥物緩釋及生物組織工程領域。?

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于智能溫敏凝膠的制備方法，特別涉及一種可對溫度變化實現快速響應且在酸環境下實現緩慢降解的水凝膠的制備方法。
技術介紹
高分子凝膠是由具有三維網絡結構的高分子化合物與溶劑組成的體系，其中的高分子以范德華力，化學鍵力，物理纏繞力，氫鍵力等連接。網絡結構不能被溶劑溶解而僅能溶脹。響應型高分子凝膠是其結構、物理性質、化學性質可以隨外界環境改變而變化的高分子凝膠。當這種凝膠受到環境刺激時其結構和特性(主要是體積)會隨之響應，如溶劑的組成、PH值、離子強度、溫度、光強度和電磁場等刺激信號發生變化時，或受到特異的化學物質的刺激時，凝膠的體積會發生突變，呈現體積相轉變行為。即當凝膠受到外界刺激時，凝膠網絡內的鏈段有較大的構象變化，呈現溶脹相或收縮相，因此凝膠系統發生相應的形變，一旦外界刺激消失時，凝膠系統有自動恢復到內能較低的穩定狀態的趨勢。在響應型凝膠中，以溫度響應型凝膠應用最為廣泛，而在溫度響應凝膠中，以聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPA )水凝膠最為典型并被深入研究，PNIPA水凝膠在33 °C以下吸水溶脹，當外界溫度高于33°C時，凝膠收縮失水，發生相變，這一溫度稱之為較低臨界溶解溫度(LCST)，溫度敏感PNIPA水凝膠已廣泛用于藥物控制釋放、固定化酶和基因傳遞等領域。但是，PNIPA凝膠仍存在一些缺陷與不足。如PNIPA凝膠的相變溫度不能滿足人體37°C的使用要求，凝膠的響應性單一，且有機交聯的PNIPA凝膠力學性能也較差，這些缺陷均極大的限制了它的應用。在目前的研究中，針對以上缺陷，多種技術被用于進行改善。如在提高LCST轉變溫度上，將丙烯酸(AA C)、丙烯酰胺等親水性單體引入凝膠骨架可以提高其LCST。而在提高凝膠力學性能上，雙網絡凝膠，拓撲凝膠和納米復合凝膠則主要的方法。為了引入多重響應性，則可在聚合過程中加入不同響應性單體。但是，其它單體的加入將會對聚合或凝膠原有的響應性產生一定影響，還會將毒性帶入凝膠中，影響凝膠的生物相容性。因此，研發具有較好 力學性能，可多響應同時具有良好生物相溶性的凝膠是在生物領域是非常有價值的。多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)是一種新型的有機無機納米顆粒，于1946年首次合成。1991年在美國空軍研究實驗室的支持下，Lichtenhan等制備了一系列帶官能基的P0SS，并將其用于高分子的改性。POSS的分子通式為(RSiOl.5)8，式中的R是有機取代基，可以為H、燒基、芳基等惰性基團和乙稀基、氣基等活性基團，同時分子具有無機骨架且分子尺寸在f3nm之間。惰性基團可以增大POSS與聚合物的相容性；活性基團通過化學改性可以與聚合物或者聚合物單體反應。由于具有這些特性，所以POSS一問世便受到了極大的關注。并被用于聚合物的改性。近年來，POSS也被廣泛應用于生物領域，并發現具有非常好的生物相容性。同時，POSS也被運用于水凝膠中被用于提高凝膠的解溶漲速率或將功能性引入水凝膠中。如Mu Jiangfang采用八臂丙基縮水甘油醚基硅倍半氧燒 Octa (propylglycidyl ether) polyhedral oligomeric silsequioxane 作為添加物制備了 POSS雜化PNIPA凝膠，POSS加入量達到50%，凝膠具有快速的縮水速率UPolym.Sc1: Part B: Polym.Phys.2011, 47, 504)。Zhiqiang Xu 等合成了一種硫醇基POSS加入的PNIPA凝膠，其溶脹速率因POSS在凝膠中自組裝形成的納米微縮水區域而加快(Cb77oiiZ Polym.Sc1.2011, 289，1777)。利用POSS的納米特性與分子結構的多樣性特征，POSS雜化水凝膠仍有很大的發展空間，但總體來看，相關的研究較少，尤其是涉及到POSS雜化的多響應性凝膠很少，利用POSS的生物相容性及其可提高凝膠響應性的特征，發展新型的POSS雜化智能凝膠將具有很大的潛力。在本專利技術中，以NIPA和NVP為共聚單體以調整凝膠的LCST溫度，通過POSS基與原酸酯物質作為共交聯劑制備了一種溫度響應范圍接近人體溫度，具有可在酸環境下部分緩慢降解的，具有良好生物相溶性的水凝膠，此凝膠有潛力運用于生物工程和緩釋領域。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種智能水凝膠的制備方法，更是一種具有良好生物相容性和機械性能的，可在人體溫度附近實現快速溫度響應，且可在酸性條件下緩慢降解的智能凝膠的制備方法。本專利技術所 述一種可酸降解的溫度響應POSS雜化水凝膠，其制備過程為: 將單體，POSS交聯劑，有機共交聯劑，溶劑四氫呋喃按一定比例置于容器中，氮氣保護下于室溫環境下攪拌60分鐘至溶液均勻、透明。后加入催化劑，快速攪拌5分鐘得到預聚液并密封。將以上預聚液超聲振蕩5分鐘后，于60° C下反應8-12小時得到凝膠。將凝膠取出后用去離子水反復浸泡換水去除未反應的單體與溶劑得到產品。預聚物單體與溶劑的質量比為10%-20%。POSS交聯劑的用量為單體質量的6%-18%。有機交聯劑用量為單體質量的3.5%-10.5%，引發劑用量為單體質量的0.5%-1%。 本專利技術所述一種可酸降解的溫度響應POSS雜化水凝膠，所用單體為N-異丙基丙烯酰胺(NIPA)和乙烯基吡咯烷酮(NVP)。其結構式分別為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可酸降解的溫度響應POSS雜化水凝膠，其制備過程為：將單體，POSS交聯劑，有機共交聯劑，溶劑四氫呋喃按一定比例置于容器中，氮氣保護下于室溫環境下攪拌60分鐘至溶液均勻、透明，后加入催化劑，快速攪拌5分鐘得到預聚液并密封；將以上預聚液超聲振蕩5分鐘后，于60°C下反應8?12小時得到凝膠，將凝膠取出后用去離子水反復浸泡換水去除未反應的單體與溶劑得到產品；預聚物中單體與溶劑的質量比為10%?20%，POSS交聯劑的用量為單體質量的6%?18%，有機交聯劑用量為單體質量的3.5%?10.5%，引發劑用量為單體質量的0.5%?1%。

【技術特征摘要】
1.一種可酸降解的溫度響應POSS雜化水凝膠，其制備過程為: 將單體，POSS交聯劑，有機共交聯劑，溶劑四氫呋喃按一定比例置于容器中，氮氣保護下于室溫環境下攪拌60分鐘至溶液均勻、透明，后加入催化劑，快速攪拌5分鐘得到預聚液并密封；將以上預聚液超聲振蕩5分鐘后，于60° C下反應8-12小時得到凝膠，將凝膠取出后用去離子水反復浸泡換水去除未反應的單體與溶劑得到產品；預聚物中單體與溶劑的質量比為10%-20%，POSS交聯劑的用量為單體質量的6%-18%，有機交聯劑用量為單體質量的3.5%-10.5%，引發劑用量為單體質量的0.5%...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳一，
申請(專利權)人：湖南工業大學，
類型：發明
國別省市：