專利名稱：一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn) 定納米膠束的制備方法。
背景技術(shù)：
將兩親性聚合物進(jìn)行組裝，可以制備納米膠束用于藥物控釋載體等，然而對于一 般的兩親聚合物，通過組裝所得到的納米膠束由于沒有共價鍵的連接，難以在復(fù)雜的環(huán)境 中保持形態(tài)穩(wěn)定，容易發(fā)生破裂。因此保持納米膠束在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性，是在制備以及 應(yīng)用聚合物膠束時必需考慮到關(guān)鍵問題之一。殼聚糖是自然界儲量最為豐富的天然生物高分子材料之一，具有優(yōu)異的生物相容 性、生物降解性以及生物活性。董常明(Feng, H. ；Dong, C. Μ. Biomacromolecules, 2006, 7, 3069))等通過開環(huán)聚合制備了殼聚糖-聚丙交酯兩親性接枝共聚物，并在水中組裝成穩(wěn)定 的膠束。通過對殼聚糖的接枝改性不僅可以制備基于殼聚糖的納米膠束，而且可以拓展殼 聚糖的功能，如殼聚糖-聚丙交酯或殼聚糖-聚己內(nèi)酯等共聚物具有良好的生物降解性和 溶解性(Liu, L. ；Chen, L. X. ；Fang, Y. Ε. Macromo 1. Rapid Commun. 2006，27，1988)。聚(N-異丙基丙烯酰胺)因其側(cè)鏈上同時具有親水性的酰胺基和疏水性的異丙 基，因而呈現(xiàn)出優(yōu)異的溫度敏感特性，能夠?qū)ν饨绛h(huán)境溫度的細(xì)微變化做出響應(yīng)，并產(chǎn)生相 應(yīng)物理結(jié)構(gòu)以及化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的高分子材料。常溫下，聚(N-異丙基丙烯酰胺)能 溶解于水中形成均勻的溶液，當(dāng)溫度升高至30-35°C之間的某一溫度時，溶液發(fā)生相分離。 到目前為止，聚(N-異丙基丙烯酰胺)成為研究最多的溫度敏感性聚合物(Xu，F(xiàn).J. ；Li, J. ；Yuan, S. J. ；Zhang, Ζ. Χ. ；Kang, Ε. Τ. ；Neoh, K. G. Biomacromolecules, 2008,9, 331 ；You Y. Ζ. ；Hong C. Y. ；Wang W. P. ；Lu W. Q. ；Pan C. Y. Macromolecules，2004，37，9761.)。通過原子轉(zhuǎn)移自由基方法將聚(N-異丙基丙烯酰胺)作為支鏈連接到殼聚糖主鏈 上，得到殼聚糖兩親性溫敏功能接枝共聚物。將該共聚物溶于水中可以很容易地得到納米 膠束。殼聚糖主鏈作為納米膠束的核，而聚(N-異丙基丙烯酰胺)作為納米膠束的殼層。由 于聚(N-異丙基丙烯酰胺)是通過共價鍵連接到作為核的殼聚糖主鏈上，因而所得到的膠 束非常穩(wěn)定，不會發(fā)生破裂。利用殼聚糖的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結(jié)合原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 這種先進(jìn)的聚合方法，在殼聚糖側(cè)基上引入具有溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯酰胺)鏈 段，合成殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，并制備穩(wěn)定的納米膠束，這將在生物醫(yī)學(xué) 等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的制備方 法，該方法通過將溫度敏感性聚合物作為支鏈引入到殼聚糖上，使所獲得的接枝共聚物同 時具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性、溫度敏感性，并將此接枝共聚物溶于水中得到具有溫度敏感性的穩(wěn)定納米膠束。本發(fā)明用商品化的殼聚糖和N-異丙基丙烯酰胺單體，采用原 子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法，制備一系列不同鏈長的聚(N-異丙基丙烯酰胺)支鏈的殼聚糖溫 度敏感性接枝聚共聚物。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，包括以下步驟將殼聚糖加入反應(yīng)釜，并分散溶解在溶劑A中，加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基 摩爾數(shù)1 20倍量的縛酸劑B，在0 15°C條件下滴加殼聚糖主鏈上羥基及氨基摩爾數(shù) 1 20倍量的含溴化合物C，滴加時間為20 70分鐘，滴加結(jié)束后，調(diào)整反應(yīng)溫度為10 400C，反應(yīng)時間為18 72小時。將所得反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾除去沉淀后，濾液經(jīng)去離子水沉淀， 再抽濾，并將所得沉淀真空干燥后，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發(fā)劑。將所得到的溴基 封端殼聚糖大分子引發(fā)劑溶于溶劑D，并向該溶液中按照溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑所 含端溴基摩爾數(shù)10 500倍的量加入單體N-異丙基丙烯酰胺，同時按照溴基封端殼聚糖 大分子引發(fā)劑所含端溴基摩爾數(shù)1 5倍的量加入催化劑E。在催化劑E作用下，使體系在 氬氣或氮氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20 100°C，反應(yīng)時間為2 48小時。然后，將前述反 應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑E后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝 共聚物，將該共聚物溶于水中，即得到本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。本發(fā)明中，所述溶劑A為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二乙基甲酰胺、N，N- 二甲基乙 酰胺或二甲基亞砜中的一種或幾種。本發(fā)明中，所述縛酸劑B為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾種。本發(fā)明中，所述含溴化合物C為2-溴丙酰溴或2-溴異丁酰溴中的一種或兩種。本發(fā)明中，所述溶劑D為苯甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或N， N- 二甲基乙酰胺中的一種或數(shù)種。本發(fā)明中，所述催化劑E為氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基 三亞乙基四胺中的一種或兩種。本發(fā)明的優(yōu)點在于原料來源廣泛，所用的殼聚糖、N-異丙基丙烯酰胺單體、溶 齊U、催化劑等均可工業(yè)化生產(chǎn)，合成方法簡單易行，均可通過市場渠道獲得。合成的以殼聚 糖為主鏈的兩親性接枝共聚物同時具備溫度敏感性、生物相容性以及可降解性。共聚物在 水中能容易地組裝為穩(wěn)定納米膠束。膠束粒徑可以通過調(diào)節(jié)聚(N-異丙基丙烯酰胺)的長 度實現(xiàn)。所得穩(wěn)定納米膠束同時具有生物降解性、生物相容性、溫度敏感性，因而在藥物控 制釋放載體、生物智能開關(guān)、生物傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。


圖1為實施例1制備的殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例2制備的殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的原子力顯微鏡照片。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。以下實施例所得殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的分子結(jié)構(gòu)用傅里葉變 換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。低臨界溶解溫度(LCST)用帶熱臺的紫外-可見分光光度計測定，LCST定義為透光率降至初始值的50%時所對應(yīng)的溫度。組裝 所得納米膠束用透射電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。納米膠束粒徑用動態(tài)激光光 散射儀(DLS)測定。實施例1稱取殼聚糖5克，用N，N-二甲基甲酰胺分散溶解后，加入三乙胺15克，在0°C滴 加2-溴異丁酰溴30克，20分鐘滴完，滴加結(jié)束后在10°C反應(yīng)72小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾 除去沉淀后，濾液經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾，所得沉淀進(jìn)行真空干燥，得到溴基封端的殼 聚糖大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0. 1克溶于N，N-二甲基甲酰 胺，向該溶液中加入2克N-異丙基丙烯酰胺和催化劑溴化亞銅(20毫克)/六甲基三亞乙 基四胺(40毫克)，反應(yīng)體系經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，在氮氣保護(hù)下于20°C油浴中反應(yīng) 48小時。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，即得殼聚糖為主鏈的溫度敏感 性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中即得到本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。
上述殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物的代表性結(jié)構(gòu)式如圖1所示，是用傅 里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。上述殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的原子力顯微鏡照片如圖2所示，是用透射 電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。所述納米膠束粒徑用動態(tài)激光光散射儀(DLS)測
ο ο實施例2稱取殼聚糖5克，用N，N-二甲基甲酰胺分散溶解后，加入二乙胺20克，在5°C滴 加2-溴丙酰溴40克，30分鐘滴完，滴加結(jié)束后在15°C反應(yīng)60小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾除 去沉淀后，濾液經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾，所得沉淀經(jīng)真空干燥，得到溴基封端的殼聚糖 大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0. 1克溶于N，N-二甲基乙酰胺，向 該溶液中加入N-異丙基丙烯酰胺3克和催化劑溴化亞銅(25毫克)/六甲基三亞乙基四胺 (40毫克)，反應(yīng)體系經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護(hù)下于40°C油浴中反應(yīng)36小 時。反應(yīng)產(chǎn)物去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝 共聚物，將該共聚物溶于水中即得本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。實施例3稱取殼聚糖5克，用N，N- 二甲基乙酰胺分散溶解后，加入吡啶18克，在8°C滴加 2-溴異丁酰溴36克，40分鐘滴完，滴加結(jié)束后在20°C反應(yīng)48小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾除 去沉淀后，濾液經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾后，所得沉淀經(jīng)真空干燥，得到溴基封端的殼聚 糖大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0. 1克溶于N，N-二乙基甲酰胺， 向該溶液中加入N-異丙基丙烯酰胺4克，再加入催化劑氯化亞銅(28毫克)/六甲基三亞 乙基四胺(46毫克)，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護(hù)下于50°C油浴中反應(yīng)10 小時。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性 接枝共聚物，將該共聚物溶于水中即得本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。實施例4稱取殼聚糖5克，用二甲基亞砜分散溶解后，加入二乙胺26克，在10°C滴加2-溴 丙酰溴45克，50分鐘滴完，滴加結(jié)束后在30°C反應(yīng)36小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾除去沉淀 后，所得濾液經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾后，所得沉淀經(jīng)真空干燥，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0.1克溶于苯甲醚，向該溶液中加 入N-異丙基丙烯酰胺4. 6克，再加入催化劑氯化亞銅(30毫克)/六甲基三亞乙基四胺(50 毫克)，反應(yīng)體系經(jīng)抽真空_充氮氣過程3次，并在氮氣保護(hù)下于60°C油浴中反應(yīng)6小時。 反應(yīng)產(chǎn)物去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共 聚物，將該共聚物溶于水中即得本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。實施例5 稱取殼聚糖5克，用N，N_ 二乙基甲酰胺分散溶解后，加入乙酸鈉32克，在12°C滴 加2-溴異丁酰溴48克，60分鐘滴完，滴加結(jié)束后在35°C反應(yīng)24小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾 除去沉淀后，所得濾液經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾后，所得沉淀經(jīng)真空干燥，得到溴基封端 的殼聚糖大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0. 1克溶于N，N-二甲基 甲酰胺，向該溶液中加入N-異丙基丙烯酰胺5克，再加入催化劑氯化亞銅(32毫克)/六甲 基三亞乙基四胺(52毫克)，反應(yīng)體系經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護(hù)下于80°C 油浴中反應(yīng)3小時。所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈 的溫度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中即得本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠 束ο實施例6稱取殼聚糖5克，用N，N_ 二甲基甲酰胺分散溶解后，加入三乙胺30克，在15°C滴 加2-溴異丁酰溴50克，70分鐘滴完，滴加結(jié)束后在40°C下反應(yīng)18小時。將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽 濾除去沉淀后，所得濾液經(jīng)經(jīng)去離子水沉淀，再經(jīng)抽濾后，所得沉淀經(jīng)真空干燥，得到溴基 封端的殼聚糖大分子引發(fā)劑。稱取前述溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑0. 5克溶于苯甲醚， 向該溶液中加入N-異丙基丙烯酰胺5. 3克，再加入催化劑溴化亞銅(35毫克)/六甲基三亞 乙基四胺(60毫克)，反應(yīng)體系經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護(hù)下于100°C油浴 中反應(yīng)2小時。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫 度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中即得本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。上述對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，包括以下步驟將殼聚糖加入反應(yīng)釜，并分散溶解在溶劑A中，加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基摩爾數(shù)1～20倍量的縛酸劑B，在0～15℃條件下滴加殼聚糖主鏈上羥基及氨基摩爾數(shù)1～20倍量的含溴化合物C，滴加時間為20～70分鐘，滴加結(jié)束后，調(diào)整反應(yīng)溫度為10～40℃，反應(yīng)時間為18～72小時；將所得反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾除去沉淀后，濾液經(jīng)去離子水沉淀，再抽濾，并將所得沉淀真空干燥后，得到溴基封端的殼聚糖大分子引發(fā)劑；將所得溴基封端的殼聚糖大分子引發(fā)劑溶于溶劑D，并向該溶液中按照溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑所含端溴基摩爾數(shù)10～500倍的量加入單體N-異丙基丙烯酰胺，同時按照溴基封端殼聚糖大分子引發(fā)劑所含端溴基摩爾數(shù)1～5倍的量加入催化劑E；在催化劑E作用下，使體系在氬氣或氮氣保護(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20～100℃，反應(yīng)時間為2～48小時；將前述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水透析除去催化劑E后，冷凍干燥，得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中，即得到本發(fā)明殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述溶劑A為N，N-二甲基甲酰胺、 N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述縛酸劑B為二乙胺、三乙胺、吡 啶或乙酸鈉中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述含溴化合物C為2-溴丙酰溴或 2-溴異丁酰溴中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述溶劑D為苯甲醚、N,N-二甲基 甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一種或數(shù)種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述催化劑E為氯化亞銅/六甲基 三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞乙基四胺中的一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明一種殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，是在惰性氣體氮氣或氬氣保護(hù)下，利用殼聚糖主鏈中的羥基或氨基與含溴類化合物進(jìn)行酯化反應(yīng)，將羥基或氨基轉(zhuǎn)化為溴基團，并以此為大分子引發(fā)劑通過對N-異丙基丙烯酰胺單體的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合形成溫度敏感性聚合物，最終得到殼聚糖為主鏈的溫度敏感性接枝共聚物，將其溶于水中即形成穩(wěn)定的溫度敏感性納米膠束。本發(fā)明的殼聚糖殼聚糖溫度敏感性穩(wěn)定納米膠束，同時具有生物降解性、生物相容性、生物活性、溫度敏感性，在藥物控制釋放載體、生物智能開關(guān)、生物傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明所述制備方法簡單易行，原料均可工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
文檔編號C08F251/00GK101864138SQ20101020708
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者任杰, 張錦春, 袁偉忠, 魏靜仁 申請人:同濟大學(xué)