[发明专利]一种快速溶胀的水凝胶制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速溶胀的水凝胶制备，水凝胶可作为潜在的智能型生物医药材料。

背景技术

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)是研究最广泛的温度敏感性水凝胶之一，PNIPAm在相转变温度(或叫低临界溶解温度，LCST，约33℃)附近，随温度的微小变化，凝胶的溶胀度具有很大的突变。由于该温度与人体温度比较接近，使其在生物医用领域显示出巨大的应用前景。另一方面，PNIPAm水凝胶大都具有溶胀速度慢的缺点，这就大大限制了PNIPAm敏水凝胶的应用范围。近年来，快速溶胀凝胶材料成为研究焦点，文献中已报道的提高溶胀速率的方法有以下几种：(1)合成小尺寸的PNIPAm微凝胶，制备条件要求较高，应用范围也有限；(2)合成多孔的PNIPAm水凝胶，同时使凝胶的强度降低；(3)利用相分离技术合成PNIPAm水凝胶，此法得到的PNIPAm水凝胶具有较快的溶胀速率，但对反应时间和温度等条件的控制非常严格；(4)接枝共聚合成PNIPAm水凝胶，PNIPAm水凝胶的温度会受到不同程度的影响。研究表明，互穿网络方法可以在保持PNIPAm温度敏感性的同时，可提高凝胶的溶胀速率，选择合适的组分，还可赋予凝胶温度敏感性以外的pH等敏感性。例如，采用顺序交联的方式制备出IPN-PNIPAm水凝胶，也可以提高PNIPAm的溶胀速率。利用互穿网络技术将HPC和PNIPAm共混，获得了一种温度敏感性水凝胶，随温度变化的溶胀速率比单纯的PNIPAm快。近年来，羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)的水凝胶引起各国科学家的广泛兴趣，纤维素类高吸水材料虽然吸水倍率不很高，但吸水速度快，且具有pH敏感特性。利用羟丙基纤维素，采用冷冻干燥法制得对温度敏感性水凝胶，计算出水凝胶的溶胀和收缩扩散系数，结果显示这是一种快速溶胀的水凝胶。

发明内容

本发明涉及一种快速溶胀的pH/温度双重敏感性互穿网络三元共聚水凝胶制备，主要内容如下：以二甲亚砜、水组成混合溶剂，冷冻干燥-加热熔融与原位自由基聚合相结合，采用互穿网络技术，凝胶制备分两步完成，首先采用冷冻干燥-加热熔融的方法，将羧甲基纤维素(CMC)与羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基纤维素(HPC)或羟丙基甲基纤维素(HPMC)中的一种按比例溶于混合溶剂，通过反复的冷冻干燥-加热熔融，制备出二元互穿纤维素衍生物聚合物；然后将二元互穿纤维素衍生物聚合物溶胀于预先配制好的N-异丙基丙烯酰胺的二甲亚砜/水溶液(含引发剂过硫酸铵、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺)，使单体N-异丙基丙烯酰胺充分溶胀于聚合物网络中，加热到40℃～70℃反应6～8小时，先后用DMSO、乙醇、蒸馏水洗涤，得到CMC/HPC(HEC或HPMC)/PNIPAm互穿网络三元共聚温度/pH敏感性水凝胶，真空干燥得到干凝胶。具体内容与步骤如下：

(1)两步聚合均采用二甲亚砜/水混合溶剂，二甲亚砜∶水的体积比为1∶0.1～0.6。

(2)冷冻干燥-加热熔融法制备纤维素衍生物互穿网络聚合物：将羧甲基纤维素(CMC)与羟丙基纤维素(HPC)或羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基甲基纤维素(HPC)中的一种溶解于二甲亚砜/水混合溶剂中，CMC与HPC或HPMC或HEC的质量比为1∶0.5～2，上述两种组成的纤维素衍生物总量在反应体系中的质量含量为5％～30％，冷冻干燥温度范围-30℃～-50℃，加热熔融温度范围40℃～70℃。反复进行冷冻干燥-加热熔融3～5次，得到二元互穿的纤维素衍生物聚合物。

(3)N异丙基丙烯酰胺(NIPAm)聚合液的配置：将单体NIPAm、引发剂过硫酸铵、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶解于DMSO/水混合溶剂(二甲亚砜∶水的体积比为1∶0.1～0.6)中得到，单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)在聚合液中的质量含量为10％～30％，引发剂用量为单体NIPAm质量的0.1～0.5％，交联剂用量为单体NIPAm质量的0.01～0.1％。

(4)将(2)中得到的二元互穿纤维素衍生物聚合物浸泡于(3)中的NIPAm聚合液，二元互穿纤维素衍生物聚合物∶NIPAm的质量比为5～30∶95～70，使聚合液充分溶胀于二元互穿网络聚合物中，然后升温到40℃～70℃进行NIPAm的自由基原位聚合，反应6～8h，先后用DMSO、乙醇、蒸馏水洗涤产物，得到纤维素衍生物与N-异丙基丙烯酰胺的三元互穿网络水凝胶。