專利名稱：一種殼聚糖CO₂響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高分子材料和生物醫(yī)學工程領域，具體涉及一種殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法。
背景技術：
殼聚糖是自然界儲量最為豐富是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，在生物醫(yī)學及制藥等方面的應用極其廣泛，可用作燒傷敷料及傷口愈合劑。但殼聚糖的化學結(jié)構(gòu)相對簡單，功能比較單一，而且溶解性較差，因此為了滿足更高的應用要求，需要采用物理化學方法對其進行改性，擴大其功能。董常明(Feng，H., Dong, C.Μ..B i omacr omo I ecu I e s, 2006, 7, 3069)通過開環(huán)聚合制備了支鏈為聚丙交酯的殼聚糖接枝共聚物；Li (Bao H.Q., Li L., Gan L.H., Ping Y, Li J, Ravi P..Macromolecules 2010, 43，5679)利用點擊化學將聚(甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯)和聚丙烯酰胺接枝到殼聚糖上；Bai (Li, N., Bai, R.B., Liu, C.K.Langmuir, 2005,21，11780)則通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法制備了支鏈為聚丙烯酰胺的殼聚糖接枝聚合物，并研究了其對汞離子的吸附。環(huán)境響應型共聚物因其獨特的性質(zhì)而備受人們關注。當外界環(huán)境發(fā)生微小變化時，環(huán)境響應型共聚物會相應地迅速發(fā)生比較明顯的物理或化學變化。在這一系列物理或化學變化中，研究最多的是其水溶液性質(zhì)的變化，即在水溶液中，當溫度、pH、光照等外部環(huán)境發(fā)生變化時，聚合物鏈與鏈之間或聚合物鏈與溶劑之間在分子水平上的相互作用會發(fā)生變化，進而經(jīng)歷從溶解到不溶的變化過程。近年來，環(huán)境響應型共聚物一直是研究熱點。最近，Zhao (Han D.H., Tong X., Boissiere 0., Zhao Y..ACS Macro Letters, 2012,1，57)等通過將N-丙烯酰胺單體和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯單體共聚，制備了具體CO2和溫度雙重響應性的聚合物。此外,此類聚合物的CO2響應性可以通過改變聚合物中兩種單體的比例進行調(diào)節(jié)、·設計。利用殼聚糖本身良好的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結(jié)合可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合這種先進的活性聚合方法，在殼聚糖側(cè)基上引入同時具有CO2響應性和溫度響應性的聚(N-丙烯酰胺-co-N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)鏈段，可以制備殼聚糖為主鏈的雙響應性接枝共聚物，這在生物醫(yī)學、納米藥物載體等領域?qū)⒕哂袕V泛應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法。本發(fā)明的目的是將具有CO2和溫度雙重響應性的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良好的生物相容性、生物降解性、生物活性、CO2響應性和溫度響應性，并將此接枝共聚物溶于水中得到具有CO2和溫度雙重響應性的穩(wěn)定納米膠束。本發(fā)明用商品化的殼聚糖、N-異丙基丙烯酰胺單體和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合方法，制備一系列單體比例不同的聚(N-丙烯酰胺-co-N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯)支鏈的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性接枝聚共聚物。本發(fā)明提出的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，具體步驟如下:
(1)將殼聚糖加入反應釜內(nèi)，并分散溶解在溶劑A中，然后加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基摩爾數(shù)I 10倍量的脫水劑B ；
(2)將可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C溶解在溶劑A中，得到A溶液，可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C加入的物質(zhì)的量為殼聚糖主鏈上端羥基及氨基物質(zhì)的量的I 5倍；
(3)在O 30°C下將步驟(2)得到的含有可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C的A溶液滴加到步驟(I)所得產(chǎn)物的反應釜中，滴加時間為10 70分鐘，滴加結(jié)束后，在10 40°C溫度下，反應10 72小時，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾，濃縮，沉淀，并真空干燥后，得到以殼聚糖為主鏈的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑；
(4)將所得到的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑溶于溶劑D中，加入單體N-異丙基丙烯酰胺和單體N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，單體的具體加入量按所設計的分子量及其性能確定，力口入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20 100°C，反應2 30小時，并經(jīng)沉淀、真空干燥，即得到所需產(chǎn)物。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，所述脫水劑B為N，N- 二環(huán)己基碳二亞胺、氯磺酸或亞硫酰氯中的一種或幾種。本發(fā)明中，所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C為2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2_甲基丙酸、3-芐基三硫酯丙酸或二硫代苯甲酸中的某一種。本發(fā)明中，所述溶劑D為二氧六環(huán)、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, N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、N-異丙基丙烯酰胺單體、溶劑、脫水劑、引發(fā)劑、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸等均可工業(yè)化生產(chǎn)，合成方法簡單易行。合成的兩親性以殼聚糖為主鏈的接枝共聚物同時具有CO2響應性、溫度響應性、生物相容性以及生物可降解性。共聚物在水中可以很容易地組裝為穩(wěn)定納米膠束。聚合物的最低臨界互溶溫度和CO2響應性能可以通過改變支鏈中N-丙烯酰胺和N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯兩種單體的比例進行調(diào)節(jié)。所得穩(wěn)定納米膠束同時具有CO2響應性、溫度響應性、生物降解性和生物相容性，在藥物控制釋放載體、納米反應器、生物智能開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。


圖1:實 施例1制備的殼聚糖為主鏈的CO2響應性、溫度響應性接枝共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。該殼聚糖為主鏈的CO2響應性、溫度響應性接枝共聚物的分子結(jié)構(gòu)用核磁共振分析儀(NMR)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)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2.0克于反應釜中，用N，N- 二甲基甲酰胺分散溶解后，加入N，N- 二環(huán)己基碳二亞胺15克。將16克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，在0°C下滴入到反應釜中，20分鐘滴完，并在10°C下反應72小時。抽濾除鹽后經(jīng)去離子水沉淀，真空干燥，得主鏈為殼聚糖的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑0.2克溶于二氧六環(huán)，加入N-異丙基丙烯酰胺5.2克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯0.8克，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈0.002克，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于20°C油浴中反應48小時。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得殼聚糖為主鏈的CO2和溫度雙重響應性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中得到穩(wěn)定納米膠束。實施例2
稱取殼聚糖2.0克，用N，N- 二甲基甲酰胺分散溶解后，加入氯磺酸10克，將20克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，在5°C下滴入到反應釜中，30分鐘滴完，并在15°C下反應54小時。抽濾除鹽后經(jīng)去離子水沉淀，真空干燥，得主鏈為殼聚糖的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑0.2克溶于N，N- 二甲基乙酰胺，加入N-異丙基丙烯酰胺4.9克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.1克，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈 0.003克，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于40°C油浴中反應36小時。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得殼聚糖為主鏈的CO2和溫度雙重響應性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中得到穩(wěn)定納米膠束。實施例3
稱取殼聚糖2.0克，用N，N- 二甲基乙酰胺分散溶解后，加入氯化亞砜15克，將25克2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，在10°C下滴入到反應釜中，40分鐘滴完，并在20°C下反應36小時。抽濾除鹽后經(jīng)去離子水沉淀，真空干燥，得主鏈為殼聚糖的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑0.2克溶于N，N- 二乙基甲酰胺，加入N-異丙基丙烯酰胺4.7克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.3克，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈0.004克，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于50°C油浴中反應10小時。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得殼聚糖為主鏈的CO2和溫度雙重響應性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中得到穩(wěn)定納米膠束。實施例4
稱取殼聚糖2.0克，用二甲基亞砜分散溶解后，加入N, N- 二環(huán)己基碳二亞胺20克，將30克3-芐基三硫酯丙酸溶解在二甲基亞砜中，在15°C下滴入到反應釜中，50分鐘滴完，并在30°C下反應24小時。抽濾除鹽后經(jīng)去離子水沉淀，真空干燥，得主鏈為殼聚糖的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑0.2克溶于苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺4.5克，N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯1.5克，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈0.005克，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于70°C油浴中反應4小時。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得殼聚糖為主鏈的CO2和溫度雙重響應性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中得到穩(wěn)定納米膠束。 實施例5
稱取殼聚糖2.0克，用N，N- 二乙基甲酰胺分散溶解后，加入氯磺酸25克，將30克二硫代苯甲酸溶解在N，N- 二乙基甲酰胺中，在20°C下滴入到反應釜中，60分鐘滴完，并在40°C下反應10小時。抽濾除鹽后經(jīng)去離子水沉淀，真空干燥，得主鏈為殼聚糖的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。稱取RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑0.2克溶于苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺4.0克，N, N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯2.0克，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈0.006克，經(jīng)抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于100°C油浴中反應2小時。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得殼聚糖為主鏈的CO2和溫度 雙重響應性接枝共聚物，將該共聚物溶于水中得到穩(wěn)定納米膠束。
權利要求
1.一種殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將殼聚糖加入反應釜內(nèi)，并分散溶解在溶劑A中，然后加入殼聚糖主鏈上端羥基或氨基摩爾數(shù)I 10倍量的脫水劑B ； (2)將可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C溶解在溶劑A中，得到A溶液，可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C加入的物質(zhì)的量為殼聚糖主鏈上端羥基及氨基物質(zhì)的量的I 5倍； (3)在O 30°C下將步驟(2)得到的含有可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C的A溶液滴加到步驟(I)所得產(chǎn)物的反應釜中，滴加時間為10 70分鐘，滴加結(jié)束后，在10 40°C溫度下，反應10 72小時，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾，濃縮，沉淀，并真空干燥后，得到以殼聚糖為主鏈的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑； (4)將所得到的RAFT大分子鏈轉(zhuǎn)移劑溶于溶劑D中，加入單體N-異丙基丙烯酰胺和單體N，N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，單體的具體加入量按所設計的分子量及其性能確定，力口入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20 100°C，反應2 30小時，并經(jīng)沉淀、真空干燥，即得到所需產(chǎn)物。
2.根據(jù)權利要求1所述的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，其特征是所述溶劑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)權利要求1所述的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，其特征是所述脫水劑B為N，N- 二環(huán)己基碳二亞胺、氯磺酸或亞硫酰氯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求1所述 的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，其特征是所述可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑C為2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、3-芐基三硫酯丙酸或二硫代苯甲酸中的某一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，其特征是所述溶劑D為二氧六環(huán)、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兩種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束的制備方法。在惰性氣體氬氣或氮氣保護下，利用殼聚糖主鏈中的羥基或氨基與端羧基的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合鏈轉(zhuǎn)移劑進行酯化反應，得到可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合的大分子鏈轉(zhuǎn)移劑，在偶氮二異丁腈的引發(fā)下，對N-異丙基丙烯酰胺和N,N-甲基丙烯酸二甲胺基乙酯單體進行可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合，得到殼聚糖為主鏈，具有CO2響應性和溫度響應性的接枝共聚物，將其溶于水中即形成穩(wěn)定的CO2響應性、溫度響應性納米膠束。本發(fā)明的殼聚糖CO2響應性、溫度響應性穩(wěn)定納米膠束，同時具有生物降解性、生物相容性、生物活性、CO2響應性和溫度響應性，在藥物控制釋放載體、生物智能開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。本發(fā)明所述制備方法簡單易行，原料可工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號C08F2/38GK103232574SQ201310139828
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者袁偉忠, 鄒輝 申請人:同濟大學