[发明专利]辣根过氧化物酶介导自由基引发体系及制备水凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子技术领域，尤其是涉及一种辣根过氧化物酶介导自由基引发体系及利用该体系制备水凝胶的方法。

背景技术

自由基聚合反应常用于高分子聚合物生产、精细化工品制造中，是工业生产高分子产品的重要技术。自由基反应的第一步都是自由基引发。传统的自由基引发方式主要有：热引发；氧化还原引发；紫外光引发；高能辐射(如激光、α射线、β射线、γ射线、X射线辐照等)引发等。这些聚合引发方式或需要使用特殊设备并消耗大量能量，或需要使用某些有毒的引发剂，对生物体有害，而且可能影响自然环境，反应条件较为苛刻。

与传统的自由基引发方式相比较，通过生物酶催化反应产生自由基是一种环境友好、反应条件温和、高效、低能耗、操作简便的自由基引发方式，是用于自由基聚合反应制备高分子材料的优越方法。

氧化还原酶可以催化电子转移反应产生自由基，在水溶液中引发烯类单体的聚合。文献报道，辣根过氧化物酶(EC1.11.1.7)/β-二酮/过氧化氢三元酶介导自由基引发体系能引发亲水性乙烯基单体(如丙烯酰胺)进行自由基聚合，或引发疏水性单体(如苯乙烯)进行细乳液聚合(Polym.Chem.，2012，3，900-906；Biomacromolecules，2006，7，2927-2930；Chem.Rev.，2001，101，3793-3818)。然而，该反应中会出现不可重现的、时间较长(45～360min)的诱导期，不利于实际应用。本课题组研究开发了一系列组分配比优化的辣根过氧化物酶/乙酰丙酮/过氧化氢三元引发体系并申请了中国专利。这类引发体系可以在室温下快速(6min内)引发自由基聚合，制备得到具有高强度、高催化性能的纳米复合水凝胶(Chem.Commun.，2013，101，3793-3818)。在该体系中，以乙酰丙酮作为辣根过氧化物酶的底物，产生自由基引发聚合。然而，乙酰丙酮生物毒性较大，不利于其在生物材料中的应用。目前，不含乙酰丙酮的辣根过氧化物酶介导自由基聚合引发体系尚未见报道。

N-羟基琥珀酰亚胺是一种在生物学、合成化学中有广泛应用的酰胺类化合物，其结构中含有活泼的氮羟基，可与抗原、抗体、核酸等共价结合，常用于医药中间体，合成多肽、抗生素等的前体以及肿瘤的诊断显像和治疗，生物相容性好。本课题组最近研究发现，N-羟基琥珀酰亚胺与辣根过氧化物酶、过氧化氢按一定浓度比例配制，可产生自由基引发单体进行聚合反应。该自由基引发体系能用于快速可控地制备水凝胶，有利于所制备的水凝胶在生物体内的应用，如在动脉栓塞中作为栓塞剂，或作为可注射的组织工程支架材料等。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于N-羟基琥珀酰亚胺的辣根过氧化物酶介导的自由基聚合引发体系。

本发明的另一个目的是采用上述引发体系在水溶液中引发烯类单体进行聚合制备水凝胶的方法，该方法反应条件温和，操作简便，成胶快速且时间可控，并可用于制备高强度的纳米复合水凝胶。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

辣根过氧化物酶介导自由基引发体系，该体系为在室温下以水为反应介质引发烯类单体进行自由基聚合的引发体系，包含N-羟基琥珀酰亚胺、辣根过氧化物酶和过氧化氢。

过氧化氢和辣根过氧化物酶(300units/mg)的摩尔浓度比为25～960，同时满足N-羟基琥珀酰亚胺和过氧化氢的摩尔浓度比为2～29，引发体系中采用的N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔浓度不低于2.65mM，过氧化氢的摩尔浓度不低于0.66mM。

本发明的引发体系制备工艺简单，可采用多种方式进行配制，可以将N-羟基琥珀酰亚胺、辣根过氧化物酶、过氧化氢三者混合后直接使用；或者先将N-羟基琥珀酰亚胺和辣根过氧化物酶混合反应一段时间后，再与过氧化氢配合使用；或者先将N-羟基琥珀酰亚胺和过氧化氢混合反应一段时间后，再与辣根过氧化物酶配合使用。

区别于现有技术所述的引发体系产生由乙酰丙酮衍生的碳中心自由基引发聚合的机理，本发明的引发体系具有新型的自由基引发机理。通过电子自旋共振(ESR)证明了本发明的引发体系中产生了由N-羟基琥珀酰亚胺衍生的氮氧自由基。在无自旋捕捉剂的情况下，本发明的三元引发体系(其中N-羟基琥珀酰亚胺和过氧化氢的摩尔浓度比为29，过氧化氢和辣根过氧化物酶的摩尔浓度比为278)产生的ESR扫描信号为氮氧自由基的9重峰，说明体系中产生了由N-羟基琥珀酰亚胺衍生的氮氧自由基从而引发聚合反应进行。