[发明专利]一种多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶

说明书

技术领域

本发明属于聚合物改性领域，具体涉及一种多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种以水为分散介质，具有三维网状结构、在水中能够吸收大量水分溶胀，并能在溶胀后保持其原有的三维网状结构的高分子材料。水凝胶的吸水性源于结构中的-OH、-CONH-、-CONH₂、-COOH、-SO₃H等亲水基团，多数水凝胶通常可容纳本身重量的数倍至数百倍的水。这种富含水的胶态结构使其物理性质非常类似于生命组织材料。因其优异的仿生性及生物相容性、能保护药物不被酸解或者酶解，控制药物释放等优点，水凝胶被广泛的应用于生物医药领域，如组织填充材料、创面敷料、药物载体等。根据水凝胶对外界刺激的敏感程度不同，可分为传统水凝胶和智能水凝胶两类，其中传统水凝胶对环境的变化刺激不敏感；而智能水凝胶对环境因素的变化很敏感，能够感知环境的细微变化，如pH、温度、光、电场、磁场、离子强度、物质浓度等的变化，并通过自身溶胀度来响应外界环境的变化。

聚N-异丙基丙烯酰胺（pNIPAAm）的大分子链上同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使得线型的pNIPAAm水溶液及交联后的pNIPAAm水凝胶都呈现温度敏感特性。在32℃左右的水溶液中有一个低临界相转变温度（LCST），随温度变化显示出良好的双亲性，在药物控释、活性物质载体、生化物质分离、生物传感器等生物医学领域有着广泛的应用价值，常作为温度敏感部分被引入到不同生物医用凝胶材料中。

羧甲基壳聚糖（CMCS）作为壳聚糖最重要的衍生物之一，同时含有阳离子(-NH³⁺)基团和阴离子(-COO^-)基团，是一种两性聚电解质，具有良好的生物相容性、特殊的pH敏感性、吸湿保湿性能及抑菌性。

公布号为CN104558420A的专利公开了一种温度和pH敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶及其制备方法，其是以天然多糖羧甲基壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺为原料，分别以过硫酸铵、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺为引发剂、促进剂和交联剂，通过交联反应制得。但其不足在于：所得水凝胶溶胀度较低，且其在32℃以后温度范围内完全收缩，基本不存在温度敏感性。

本发明将具有较强亲水性的聚乙二醇单甲醚（mPEG）引入CMCS主链，再将mPEG-g-CMCS与温度敏感材料pNIPAAm结合，制备多重环境敏感性的智能水凝胶，mPEG的引入改善了水凝胶的溶胀能力，且温度敏感性有所改善。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶及其制备方法。本发明原料廉价，来源广泛，制备工艺简单，制备周期短，易于操作，不需要昂贵的仪器，制备的水凝胶对温度有显著的敏感性，并且能在更广泛的pH值范围内分散。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶的制备方法，先将聚乙二醇单甲醚醛基化，然后与羧甲基壳聚糖接枝形成mPEG-g-CMCS；再以mPEG-g-CMCS和N-异丙基丙烯酰胺为原料，通过交联反应制得多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶。

聚乙二醇单甲醚的醛基化方法为：将聚乙二醇单甲醚溶于按体积比15:1混合的无水DMSO/氯仿溶液中，之后在氩气氛围下缓慢滴加乙酸酐，20℃搅拌反应10h；将反应液倒入无水乙醚中沉淀3次，得到白色固体醛基化的聚乙二醇单甲醚。

聚乙二醇单甲醚与乙酸酐的质量比为1:0.54。

mPEG-g-CMCS的制备方法为：将醛基化聚乙二醇单甲醚和羧甲基壳聚糖溶于水中，常温搅拌反应30min，溶液pH用1MNaOH调节至6.5，通氩气常温搅拌反应60min；然后将NaBH₄水溶液逐滴滴入上述溶液中，继续常温搅拌反应18h，用去离子水透析3d，冷冻干燥得到mPEG-g-CMCS；羧甲基壳聚糖、醛基化的聚乙二醇单甲醚、NaBH₄的质量比为1:2.77:0.57。

所述的交联反应为：将mPEG-g-CMCS、交联剂和N-异丙基丙烯酰胺溶于去离子水中，形成透明溶液，通氩气以驱除氧气，于4℃密封冷藏1h，加入引发剂和促进剂，室温反应24h，所得水凝胶粗产物在蒸馏水中浸泡3-5d，每隔8h换一次水，即得多重响应性pNIPAAm/(mPEG-g-CMCS)水凝胶。