專利名稱：一種溫敏性高分子水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫敏性高分子水凝膠及其制備方法，屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高分子凝膠的溶脹行為與它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)所包含的液體的性質(zhì)以及溫度、 壓力有密切關(guān)系，它們之間的定量關(guān)系可用Flory-Huggins滲透壓公式導(dǎo)出。根據(jù)Flory 的凝膠溶脹理論，液體與高分子鏈的親和性越好，凝膠就越能溶脹，有的凝膠能在良溶劑中 溶脹幾百甚至幾千倍。這種智能型凝膠受外界環(huán)境的刺激(PH、離子強(qiáng)度、溫度、電場、光) 時(shí)體積會(huì)發(fā)生溶脹或收縮。N-異丙基丙烯酰胺類高分子凝膠是一種典型的溫度敏感性材料，它有一個(gè)低臨界 溶解溫度(LCST，32°C )，當(dāng)環(huán)境溫度在較低臨界溶解溫度以下時(shí)，凝膠大量吸水溶脹，為無 色透明態(tài)；當(dāng)溫度升高至該溫度之上時(shí)，凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)發(fā)生快速收縮聚集，同時(shí)凝膠發(fā) 生劇烈的不連續(xù)相變，大量失水，從原來的無色透明態(tài)變?yōu)闇啙釕B(tài)；而當(dāng)溫度再次降低時(shí)， 凝膠能再次吸水溶脹，使得它成為在生物技術(shù)和醫(yī)療上最有希望的高分子材料。與均聚異 丙基丙烯酰胺的較低臨界溶解溫度相比，本發(fā)明的敏感性高分子水凝膠的低臨界溶解溫度 有所提高，更加接近人體生理溫度，因此在藥物控制釋放等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低臨界溶解溫度高于均聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠溫 度敏感性水凝膠及其制備方法，使其更加接近人體生理溫度，可以應(yīng)用于藥物控制、柔性執(zhí) 行元件，人造肌肉、微機(jī)械、生化分析、化學(xué)分離、生物材料等領(lǐng)域。本發(fā)明提供的一種溫敏性高分子水凝膠由單體異丙基丙烯酰胺與單體苯乙烯聚 合成的共聚物聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙烯與明膠進(jìn)行復(fù)合而成，其中所述的共聚物結(jié)構(gòu) 如下上述溫敏性高分子水凝膠的制備包括如下步驟(1)將引發(fā)劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或?qū)⒁l(fā)劑偶氮二異丁腈溶于苯配成 溶液，溶劑用量以引發(fā)劑完全溶解為準(zhǔn)；所述引發(fā)劑過硫酸鉀或偶氮二異丁腈用量為異丙 基丙烯酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05% 1%。；
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(2)將異丙基丙烯酰胺溶解于蒸餾水/苯的混和溶劑中，混合溶劑的體積比例為 60 90 10 40，然后加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯酰胺苯乙烯的摩爾比為60 90 10 40，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加步驟(1)的溶液，約0. 5小時(shí)滴加 完畢，升溫至60 V 75°C繼續(xù)反應(yīng)10 30小時(shí)；(3)反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)物用60°C去離子水清洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉 淀_丙酮溶解_乙醚沉淀處理，除去未反應(yīng)單體、引發(fā)劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥， 得到聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯共聚物；(4)將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠的質(zhì)量比為20 50 50 80，在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷凍-熔融過程，最后經(jīng)冷凍干燥即得到權(quán)利要求 1所述溫敏性水凝膠；共聚物+明膠在蒸餾水的濃度為0. 05 0. 5克/毫升。上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32°C 34°C之間。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的一種溫敏性高分子水凝膠使其更加接近人體 生理溫度，可以應(yīng)用于藥物控制、柔性執(zhí)行元件，人造肌肉、微機(jī)械、生化分析、化學(xué)分離、生 物材料等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一將引發(fā)劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，溶劑用量以引發(fā)劑完全溶解為準(zhǔn)。引發(fā)劑 過硫酸鉀為異丙基丙烯酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯酰胺溶 解于蒸餾水/苯混和溶劑中，混合溶劑比例90 10(體積)，然后加入苯乙烯，其中，N-異 丙基丙烯酰胺苯乙烯比為90 10 (摩爾比)，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加 前述引發(fā)劑的溶液，約0.5小時(shí)滴加完畢，升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)30小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn) 物用60°C去離子水清洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀-丙酮溶解-乙醚沉淀處理，除 去未反應(yīng)單體、引發(fā)劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙 烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為50 50(質(zhì)量比)，(共聚 物+明膠)在蒸餾水的濃度為0. 05 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷 凍_熔融過程，最后經(jīng)冷凍干燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 5°C實(shí)施例二將引發(fā)劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，溶劑用量以引發(fā)劑完全溶解為準(zhǔn)。引發(fā)劑 過硫酸鉀為異丙基丙烯酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯酰胺溶 解于蒸餾水/苯混和溶劑中，混合溶劑比例60 40(體積)，然后加入苯乙烯，其中，N-異 丙基丙烯酰胺苯乙烯比為60 40 (摩爾比)，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加 前述引發(fā)劑的溶液，約0.5小時(shí)滴加完畢，升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)20小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn) 物用60°C去離子水清洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀-丙酮溶解-乙醚沉淀處理，除 去未反應(yīng)單體、引發(fā)劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙
4烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70(質(zhì)量比)，(共聚 物+明膠)在蒸餾水的濃度為0. 1 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷 凍_熔融過程，最后經(jīng)冷凍干燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 33. 3°C實(shí)施例三將引發(fā)劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發(fā)劑完全溶解。引發(fā)劑為異丙基丙烯 酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05%。將N-異丙基丙烯酰胺溶解于蒸餾水/苯混和 溶劑中，混合溶劑比例80 20(體積)，然后加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯酰胺苯乙 烯比為90 10 (摩爾比)，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發(fā)劑的溶液，約 0. 5小時(shí)滴加完畢，升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)30小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)物用60°C去離子水清 洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀-丙酮溶解-乙醚沉淀處理，除去未反應(yīng)單體、引發(fā) 劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯共聚物。將共聚 物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為20 80(質(zhì)量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾 水的濃度為0. 05 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷凍-熔融過程，最后 經(jīng)冷凍干燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 33. 8°C實(shí)施例四將引發(fā)劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發(fā)劑完全溶解。引發(fā)劑為異丙基丙烯 酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的1%。將N-異丙基丙烯酰胺溶解于蒸餾水/苯混和溶劑 中，混合溶劑比例80 20(體積)，然后加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯酰胺苯乙烯比 為70 30 (摩爾比)，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發(fā)劑的溶液，約0.5 小時(shí)滴加完畢，升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)物用60°C去離子水清洗， 然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀_丙酮溶解_乙醚沉淀處理，除去未反應(yīng)單體、引發(fā)劑，最 后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙烯共聚物。將共聚物與明 膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70 (質(zhì)量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾水的濃 度為0. 1 (克/毫升)。在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷凍-熔融過程，最后經(jīng)冷凍 干燥即得到上述溫敏性水凝膠。上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 5°C實(shí)施例五將引發(fā)劑偶氮二異丁腈用苯配成溶液，使引發(fā)劑完全溶解。引發(fā)劑為異丙基丙烯 酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 1%。將N-異丙基丙烯酰胺溶解于蒸餾水/苯混和 溶劑中，混合溶劑比例80 20(體積)，然后加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯酰胺苯乙 烯比為60 40 (摩爾比)，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加前述引發(fā)劑的溶液，約 0. 5小時(shí)滴加完畢，升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)30小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)物用60°C去離子水清 洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀-丙酮溶解-乙醚沉淀處理，除去未反應(yīng)單體、引發(fā) 劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯共聚物。將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠比為30 70(質(zhì)量比)，(共聚物+明膠)在蒸餾 水的濃度為0. 5(克/毫升)。在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷凍-熔融過程，最后 經(jīng)冷凍干燥即得到上述溫敏性水凝膠。 上述聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在 32. 3°C。
權(quán)利要求
一種溫敏性高分子水凝膠，其特征在于所述的水凝膠由單體異丙基丙烯酰胺與單體苯乙烯聚合成的共聚物聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙烯與明膠進(jìn)行復(fù)合而成，其中所述的共聚物結(jié)構(gòu)如下FSA00000104011300011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫敏性高分子水凝膠的制備方法，其特征在于所述制備過程 包括如下步驟(1)將引發(fā)劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或?qū)⒁l(fā)劑偶氮二異丁腈溶于苯配成溶液， 溶劑用量以引發(fā)劑完全溶解為準(zhǔn)；所述引發(fā)劑過硫酸鉀或偶氮二異丁腈用量為異丙基丙烯 酰胺和苯乙烯兩種單體總摩爾量的0. 05% 1%。；(2)將異丙基丙烯酰胺溶解于蒸餾水/苯的混和溶劑中，混合溶劑的體積比例為60 90 10 40，然后加入苯乙烯，其中，N-異丙基丙烯酰胺苯乙烯的摩爾比為60 90 10 40，通氮?dú)?0分鐘后，攪拌升溫至50°C，滴加步驟(1)的溶液，約0. 5小時(shí)滴加 完畢，升溫至60 V 75°C繼續(xù)反應(yīng)10 30小時(shí)；(3)反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)物用60°C去離子水清洗，然后冷卻析出，依次通過乙醚沉淀-丙 酮溶解-乙醚沉淀處理，除去未反應(yīng)單體、引發(fā)劑，最后在40°C的真空干燥箱中干燥，得到 聚N-異丙基丙烯酰胺_苯乙烯共聚物；(4)將共聚物與明膠加入在蒸餾水中，共聚物明膠的質(zhì)量比為20 50 50 80， 在-25°C 25°C之間經(jīng)過3次反復(fù)的冷凍-熔融過程，最后經(jīng)冷凍干燥即得到權(quán)利要求1 所述溫敏性水凝膠；共聚物+明膠在蒸餾水的濃度為0. 05 0. 5克/毫升。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，特征在于所述純化的聚N-異丙基丙烯酰胺_苯 乙烯/明膠復(fù)合溫敏性水凝膠低臨界溶解溫度在32°C 34°C之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫敏性高分子水凝膠及其制備方法，所述的高分子水凝膠由N-異丙基丙烯酰胺/苯乙烯共聚物與明膠復(fù)合而成，其制備方法為(1)將異丙基丙烯酰胺溶解于水溶劑或苯溶劑中，然后加入苯乙烯，在氮?dú)鈿夥障录訜幔?2)將引發(fā)劑過硫酸鉀用蒸餾水配成溶液，或?qū)⒁l(fā)劑偶氮二異丁腈溶解于苯，緩慢滴加到步驟(1)中聚合反應(yīng)；(3)反應(yīng)完畢后進(jìn)行純化干燥，然后將共聚物與明膠在水中經(jīng)過冷凍-熔融循環(huán)的過程復(fù)合，即得聚N-異丙基丙烯酰胺-苯乙烯/明膠的溫敏性高分子水凝膠；所制備的高分子水凝膠比均聚異丙基丙烯酰胺相轉(zhuǎn)變溫度有所提高，更加接近人體生理溫度，可作為藥物控制、柔性執(zhí)行元件，人造肌肉、微機(jī)械等領(lǐng)域的材料。
文檔編號(hào)C08L89/00GK101851425SQ20101015738
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者封小梅, 易國斌, 王飛, 陳旭東, 黃云薇 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)