專利名稱：一種熱響應(yīng)性兩嵌段共聚物納米粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，特別是涉及一種利用高分子的溫度響應(yīng)性特性在非平衡態(tài)下制備出的納米粒的制備方法，該方法可以在高分子溶液濃度比較高的情況下實(shí)施。
背景技術(shù)：
通過選擇形狀和親疏水性，熱響應(yīng)性雙親性兩嵌段共聚物進(jìn)行自組裝可形成球狀、柱狀、層狀結(jié)構(gòu)。因此，這些聚合物在藥物和免疫釋放體系、組織工程領(lǐng)域、納米反應(yīng)器和流變改性劑方面具有應(yīng)用潛力。自組裝技術(shù)簡便易行，無需特殊裝置，通常以水為溶劑， 具有沉積過程和膜結(jié)構(gòu)分子級控制的優(yōu)點(diǎn)?？梢岳眠B續(xù)沉積不同組分，制備膜層間二維甚至三維比較有序的結(jié)構(gòu)。
目前制備三維結(jié)構(gòu)需要引入一個(gè)熱響應(yīng)性的聚合物鏈段到兩嵌段或者三嵌段共聚物中。在溫度低于熱響應(yīng)性鏈段的最低臨界溶解溫度時(shí)，兩嵌段共聚物表現(xiàn)為水溶性；高于最低臨界溶解溫度時(shí)，兩嵌段共聚物進(jìn)行自組裝成多種三維立體結(jié)構(gòu)。只要聚合物沒有發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，該過程完全可逆進(jìn)行。
CN 101565497B公開了一種兩親嵌段共聚物及其納米粒子以及它們的制備方法， 本發(fā)明的兩親嵌段共聚物及其納米粒子都具有良好的生物降解性和生物相容性，本發(fā)明的納米粒子的氨基可以高效地連接許多靶向分子，PLA或PLGA可以包覆藥物，這樣就可以獲得具有靶向、緩釋性能以及負(fù)載藥物的納米粒子，可以用來治療腫瘤等疾病。
CN 1299776C公開了聚(2，2_ 二甲基-三亞甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2_ 二甲基-三亞甲基碳酸酯)納米粒及其制法和用途。該發(fā)明以聚乙二醇引發(fā)5，5_ 二甲基-三亞甲基碳酸酯單體開環(huán)聚合合成了兩親三嵌段共聚物，并制得相應(yīng)的核-殼型納米粒。這種核/殼結(jié)構(gòu)的納米粒，聚乙二醇形成的溶劑化外殼包圍著疏水性鏈段聚集成的核，它能夠有效防止蛋白質(zhì)的吸附和避免納米粒被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬，延長聚合物納米粒在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，保證有足夠量的藥物到達(dá)人體病灶部位，提高生物利用度。
盡管高分子自組裝過程沒有使用有害的有機(jī)溶劑，最終的結(jié)構(gòu)卻強(qiáng)烈依賴于鏈段的親疏水比例，而且僅僅局限于特稀溶液(聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于Iwt%)，這些都成為了自組裝技術(shù)工業(yè)化的限制因素。為了使得這種三維結(jié)構(gòu)工業(yè)化使其潛力得到施展，這些結(jié)構(gòu)必須能夠在高聚合物濃度下獲得，尤其還要滿足在體內(nèi)水溶液環(huán)境下能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題的不足，提出了一種可在聚合物濃度較高下的情況下進(jìn)行， 通過控制溫度，利用高分子聚合物本身的性質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械驅(qū)動力，在力學(xué)非平衡態(tài)的情況下得到三維立體結(jié)構(gòu)的方法，通過后期處理，使得該三維立體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種熱響應(yīng)性兩嵌段共聚物納米粒的制備方法，包括以下步驟
1)將 1 IOwt % PNIPAMa-SC ( = S) SC4H9,1 IOwt % STY 溶于水，同時(shí)加入 0.012 0. 12wt%偶氮引發(fā)劑；
2)將上述溶液在45 75°C下反應(yīng)1 3小時(shí)，制備得到熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物 P (NIPAMa-b-STYj。
苯乙烯是用苯取代乙烯的一個(gè)氫原子形成的有機(jī)化合物，乙烯基的電子與苯環(huán)共軛，不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空氣中逐漸發(fā)生聚合及氧化。工業(yè)上是合成樹脂、 離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體。
偶氮引發(fā)劑是指一類分子結(jié)構(gòu)中含有氮氮雙鍵的自由基引發(fā)劑，英文名稱 azo-initiator。一般通式為R-N = N-R，其中R-N鍵為弱鍵，容易斷裂形成自由基，分解溫度與烷基結(jié)構(gòu)有關(guān)。如兩端為對稱烷基結(jié)構(gòu)或烷基中有極性取代基團(tuán)(如-CN、-C00H、-C00R 等)，則分解溫度下降。偶氮引發(fā)劑的分解幾乎全部為一級反應(yīng)，只形成一種自由基，沒有副反應(yīng)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究。偶氮引發(fā)劑性質(zhì)穩(wěn)定，便于貯存和運(yùn)輸。本發(fā)明所述偶氮引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種或幾種。
本制備方法過程中還可以加入磷酸氫二鈉作為催化劑，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。
本發(fā)明所述步驟1)優(yōu)選首先將PNIPAMa-SC( = S) SC4H9和一部分偶氮引發(fā)劑加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體至少20min ；再將剩余偶氮引發(fā)劑和STY加入到混合好的溶液中，再對溶液鼓吹惰性氣體至少lOmin。
所述a = 37 75。
本發(fā)明所述的PNIPAMa-SC ( = S) SC4H9的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5 9wt%，STY的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5 9wt%。
P(NIPAMa-b-STYa_1)中，a、a~l分別表示共聚物中兩嵌段的長度。在制備本專利中的結(jié)構(gòu)時(shí)，兩嵌段的摩爾比盡量接近1，且兩嵌段應(yīng)有一定的長度方可得到所需要的結(jié)構(gòu)，故二者取值限定在37 75。如果M1表示PNIPAMa-SC( = S) SC4H9的加入量，M2表示 STY的加入量，要保證得到的兩嵌段的長度基本相等，那么應(yīng)滿足關(guān)系M，a/(165+92a)= M2/104. 14。故一旦選定a，后面的制備反應(yīng)中，二者的加料比就是一定的了。經(jīng)計(jì)算得到， 當(dāng)a在(37 75)中間選取時(shí)，兩嵌段的摩爾比滿足以上關(guān)系，需滿足M1 = M2。
本發(fā)明所述步驟后任選進(jìn)行3)將上述反應(yīng)液在1 IOmin內(nèi)迅速從45 75°C 降低到10 25°c，得到棒狀兩嵌段共聚物納米粒。
本發(fā)明所述步驟后任選進(jìn)行3’ )將上述反應(yīng)液在50 70°C下加熱3 6小時(shí)以除去未反應(yīng)的STY，得到球形兩嵌段共聚物納米粒。
所述棒狀兩嵌段共聚物納米粒棒狀伸直長度1 10 μ m，核部寬度約為5 20nm。
所述棒狀兩嵌段共聚物納米粒棒狀伸直長度2 5 μ m，核部寬度約為lOnm。
所述球形兩嵌段共聚物納米粒直徑約為100 300nm，優(yōu)選為200nm。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明可以制備出粒徑在200nm左右、分布均勻的納米顆粒；通過調(diào)整后期的一些溫度，得到納米棒結(jié)構(gòu)，其伸直長度2-5 μ m，核部寬度約為lOnm。還可以得到本發(fā)明可適用于高聚合物濃度溶液，突破了之前只能在稀聚合物溶液中自組裝的方法，且所有的納米粒子都可以直接從合成的反應(yīng)液直接獲得。該方法制備得到的納米粒子可良好分散，具有4很好的穩(wěn)定性。制備過程中所使用的設(shè)備易購買且價(jià)格低廉，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施方式
為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下
實(shí)施例一
1)將 5wt% PNIPAm37-SC( = S) SC4H9、5wt% STY 溶于水，同時(shí)加入 0. 12wt%偶氮二異丁月青；
2)將上述溶液在70°C下反應(yīng)3小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM37-b-STY36)；
3)將2)中的反應(yīng)液在5min內(nèi)迅速從70°C降低到25°C，可得到棒狀的兩嵌段共聚物。該棒狀伸直長度ι μ m，核部寬度約為5nm。
實(shí)施例二
1)首先將7. 5wt % PNIPAm37-SC ( = S) SC4h9和一部分偶氮二異庚腈加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體30min ；再將剩余偶氮二異庚腈和 7. 5wt% STY加入到混合好的溶液中，再對溶液鼓吹惰性氣體20min ；偶氮二異庚腈的總用量為 0. 09wt% ；
2)將上述溶液在70°C下反應(yīng)3小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM37-b-STY36)；
3)將2)中的反應(yīng)液在70°C下加熱3小時(shí)以除去未反應(yīng)的STY，得到球形的兩嵌段共聚物。兩嵌段共聚物形貌為球形，直徑約為200nm。
實(shí)施例三
(1)將 lwt% PNIPAm75-SC ( = S) SC4H9Uwt % STY 溶于水，同時(shí)加入 0. 012wt%偶氮二異庚月青；
2)將上述溶液在45°C下反應(yīng)3小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM75-b-STY74)；
3)將2)中的反應(yīng)液在Imin內(nèi)迅速從45°C降低到10°C，可得到棒狀的兩嵌段共聚物。該棒狀伸直長度2 μ m，核部寬度約為lOnm。
實(shí)施例四
(1)首先將IOwt % PNIPAm60-SC ( = S) SC4h9和一部分偶氮二異丁酸二甲酯加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體50min ；再將剩余偶氮二異丁酸二甲酯和IOwt% STY加入到混合好的溶液中，再對溶液鼓吹惰性氣體35min ；偶氮二異丁酸二甲酯的總用量為0. IOwt% ；
2)將上述溶液在75°C下反應(yīng)1小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM6(1-b-STY59)。
3)將2)中的反應(yīng)液在50°C下加熱6小時(shí)以除去未反應(yīng)的STY，得到球形的兩嵌段共聚物。兩嵌段共聚物形貌為球形，直徑約為lOOnm。
實(shí)施例五
1)首先將9wt% PNIPAM37-SC ( = S) SC4H9和一部分偶氮二異丁腈加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體30min ；再將剩余偶氮二異丁腈和 9wt% STY加入到混合好的溶液中，再對溶液鼓吹惰性氣體IOmin ；偶氮二異丁腈的總用量為 0. 06wt% ；
2)將上述溶液在60°C下反應(yīng)2小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM37-b_STY36)；
3)將2)中的反應(yīng)液在60°C下加熱5小時(shí)以除去未反應(yīng)的STY，得到球形的兩嵌段共聚物。兩嵌段共聚物形貌為球形，直徑約為300nm。
實(shí)施例六
(1)將 3wt% PNIPAm75-SC ( = S) SC4h9,3wt% STY 溶于水，同時(shí)加入 0. 03wt%偶氮二異戊腈；
2)將上述溶液在75°C下反應(yīng)3小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM75-b-STY74)；
3)將2)中的反應(yīng)液在IOmin內(nèi)迅速從75°C降低到20°C，可得到棒狀的兩嵌段共聚物。該棒狀伸直長度5 μ m,核部寬度約為20nm。
實(shí)施例七
1)首先將9wt% PNIPAM52-SC ( = S) SC4H9和一部分偶氮二異戊腈加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體20min ；再將剩余偶氮二異戊腈和 9wt% STY加入到混合好的溶液中，再對溶液鼓吹惰性氣體20min ；偶氮二異戊腈的總用量為 0. 02wt% ；
2)將上述溶液在70°C下反應(yīng)2. 5小時(shí)，發(fā)生可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)，制備得到一個(gè)熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物P(NIPAM52-b-STY51)；
3)將2)中的反應(yīng)液在Smin內(nèi)迅速從70°C降低到15°C，可得到棒狀的兩嵌段共聚物。該棒狀伸直長度 ο μ m，核部寬度約為14nm。
申請人聲明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，將上述實(shí)施例某組分的具體含量點(diǎn)值，與發(fā)明內(nèi)容部分的技術(shù)方案相組合，從而產(chǎn)生的新的數(shù)值范圍，也是本發(fā)明的記載范圍之一，本申請為使說明書簡明，不再羅列這些數(shù)值范圍。
申請人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的制備方法，但本發(fā)明并不局限于上述制備方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述制備方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明所選用原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱響應(yīng)性兩嵌段共聚物納米粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將1 IOwt % PNIPAMa-SC ( = S) SC4H9U IOwt % STY 溶于水，同時(shí)加入 0. 012 0. 12wt%偶氮引發(fā)劑；所述a = 37 75 ；2)將上述溶液在45 75°C下反應(yīng)1 3小時(shí)，制備得到熱響應(yīng)性的兩嵌段共聚物 P (NIPAMa-b-STYj。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1)優(yōu)選首先將PNIPAMa-SC(= S) SC4H9和一部分偶氮引發(fā)劑加入到反應(yīng)器中在冰水浴中進(jìn)行攪拌溶解，然后對反應(yīng)器充惰性氣體至少20min ；再將剩余偶氮引發(fā)劑和STY加入到混合好的溶液中，對溶液鼓吹惰性氣體至少IOmin。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的PNIPAMa-SC( = S) SC4H9的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5 9wt%，STY的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5 9wt%。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述偶氮引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述步驟后任選進(jìn)行3)將上述反應(yīng)液在1 IOmin內(nèi)迅速從45 75°C降低到10 25°C，得到棒狀兩嵌段共聚物納米粒。
6.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述步驟后任選進(jìn)行3’)將上述反應(yīng)液在50 70°C下加熱3 6小時(shí)以除去未反應(yīng)的STY，得到球形兩嵌段共聚物納米粒。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述棒狀兩嵌段共聚物納米粒棒狀伸直長度1 10 μ m，核部寬度約為5 20nm。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述棒狀兩嵌段共聚物納米粒棒狀伸直長度2 5 μ m，核部寬度約為lOnm。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述球形兩嵌段共聚物納米粒直徑約為 100 300nm，優(yōu)選為 200nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱響應(yīng)性兩嵌段共聚物納米粒的制備方法，所述方法可在聚合物濃度較高下的情況下進(jìn)行，通過控制溫度，利用高分子聚合物本身的性質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械驅(qū)動力，在力學(xué)非平衡態(tài)的情況下得到三維立體結(jié)構(gòu)，通過后期處理，使得該三維立體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。該方法制備得到的納米粒子可良好分散，具有很好的穩(wěn)定性。制備過程中所使用的設(shè)備易購買且價(jià)格低廉，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號C08F293/00GK102504149SQ20111034662
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者許杉杉, 韓志超 申請人:無錫中科光遠(yuǎn)生物材料有限公司