一種利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子合成方法領(lǐng)域，涉及到一種利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有著與人體組織高度的相似性、生物相容性及對(duì)營養(yǎng)物和代謝物的高滲透性。近些年來它在藥物控制釋放、物質(zhì)分離、組織工程支架、調(diào)光材料、以及醫(yī)用移植器官等領(lǐng)域的研宄已取得了極大的發(fā)展。水凝膠是由親水性高分子相互交聯(lián)而成，能快速汲取并保持大部分水份且不溶于水的聚合物三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一些小分子物質(zhì)能在聚合物三維網(wǎng)絡(luò)間隙中移動(dòng)，類似于生物體中的生物膜進(jìn)行信息和物質(zhì)的傳遞。因此具有類似生物組織膜功能的高強(qiáng)度、精確分子結(jié)構(gòu)和功能的聚合物網(wǎng)絡(luò)在生物醫(yī)療材料領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注，如仿生器官:人造血管、腎臟和皮膚等方面具有潛在的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)水凝膠由于無法承受如此大的擠壓沖擊，限制了水凝膠在仿生器官，特別是具有膜功能仿生器件方面的發(fā)展與應(yīng)用。因此制備可用于仿生組織器件的水凝膠不僅要具有規(guī)整、可控的分子結(jié)構(gòu)使其具有高的機(jī)械強(qiáng)度，而且水凝膠必須能夠承受大的擠壓沖擊。使其在仿生器官，特別是具有膜功能仿生器件方面得以應(yīng)用。因此，高強(qiáng)度和生物相容性的多功能聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)在未來的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂信e足輕重的作用。
[0003]點(diǎn)擊化學(xué)自2001年由Sharpless提出后，由于其其應(yīng)用范圍廣、高效、可靠、高選擇性的特點(diǎn)迅速成為藥物和高分子材料合成的新方法。隨著對(duì)點(diǎn)擊化學(xué)研宄的深入，其反應(yīng)類型在不斷增多，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。自由基或親核試劑引發(fā)的巰基-烯反應(yīng)作為其中一種新型的點(diǎn)擊反應(yīng)具有點(diǎn)擊化學(xué)的所有特性。截至目前，點(diǎn)擊化學(xué)應(yīng)用最為成熟的是疊氮化物與末端炔在Cu(I)催化下生成1，2，3-三唑化合物，即CuAAC，然而CuAAC反應(yīng)由于使用了 Cu(I)作為催化劑，使得產(chǎn)物中會(huì)殘留重金屬Cu ;另有報(bào)道稱由于催化劑Cu(I)的存在誘導(dǎo)了病毒或寡核苷酸的降解這將在很大程度上限制該反應(yīng)在生物材料以及藥物載體等方面的應(yīng)用。在此背景下，學(xué)界被不用金屬催化的巰基-烯這一類點(diǎn)擊反應(yīng)所吸引，巰基-烯反應(yīng)便成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，其憑借自由基反應(yīng)的快速、簡(jiǎn)單，時(shí)空可控并對(duì)氧不敏感等優(yōu)點(diǎn)，在固化(硫化)反應(yīng)和聚合物改性中成為一種高效的工具。該技術(shù)已經(jīng)滲透到生命、藥物、高分子、功能材料、表面改性等諸多領(lǐng)域。胺基-環(huán)氧點(diǎn)擊聚合反應(yīng)是一種高效的、簡(jiǎn)單可靠的且具有選擇性的化學(xué)反應(yīng)，在溫和的條件下快速合成各類規(guī)整長(zhǎng)鏈的大分子聚合物，用這種方法合成的聚合物無需特殊復(fù)雜的提純過程，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。近年來，胺基-環(huán)氧點(diǎn)擊聚合反應(yīng)為設(shè)計(jì)合成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的高分子化合物提供了新的途徑。
[0004]巰基-烯點(diǎn)擊體系不僅具備點(diǎn)擊化學(xué)的優(yōu)點(diǎn)而且還克服了傳統(tǒng)點(diǎn)擊化學(xué)方法(CuAAC)制備的凝膠網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，即以引發(fā)劑引發(fā)自由基反應(yīng)為催化介質(zhì)，充分將引發(fā)劑引發(fā)過程的優(yōu)點(diǎn)和傳統(tǒng)的點(diǎn)擊反應(yīng)的特點(diǎn)相結(jié)合。因此，利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制得的聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠材料不僅具有規(guī)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度，而且能避免過渡金屬催化帶來的生物毒性。傳統(tǒng)點(diǎn)擊方法制備的聚合物凝膠材料不能滿足這些特殊功能的要求，限制了聚合物凝膠材料在生命、環(huán)境和醫(yī)學(xué)科學(xué)功能材料方面的潛在應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種通過控制聚合物鏈連接點(diǎn)的位置，從而得到需要的“設(shè)計(jì)性”缺陷少且時(shí)空可控、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)整、強(qiáng)度高的利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠的方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠的方法，包括以下步驟:
[0007]I)首先在反應(yīng)器中加入以下反應(yīng)物:含有三個(gè)或三個(gè)以上多端不飽和碳碳雙鍵的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)X、至少含有兩個(gè)端巰基的聚乙二醇衍生物PEG(SH)y和溶劑，其中PEG為高聚物聚乙二醇鏈，X多3，y多2，待加入的反應(yīng)物溶解分散均勻后，加入自由基引發(fā)劑；
[0008]所述有機(jī)化合物PEG(C = CH2)x、PEG(SH)y、自由基引發(fā)劑的摩爾比為(100:80x/y:5)?(100:120x/y:40)；
[0009]2)將所述步驟I)配制的溶液在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在40?160°C或紫外光照條件下反應(yīng)2分鐘?24小時(shí)，得到聚合物網(wǎng)絡(luò)；
[0010]3)將上述聚合物網(wǎng)絡(luò)取出，放入親水性溶劑中去除殘留在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的未反應(yīng)的反應(yīng)物，干燥后即得到規(guī)整的聚合物網(wǎng)絡(luò)，所述親水性溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇或水。
[0011]本發(fā)明方法中，步驟I)中的自由基引發(fā)劑為偶氮類引發(fā)劑、過氧化類引發(fā)劑、氧化還原類引發(fā)劑、自由基光引發(fā)劑。如偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丁酸二甲酯、2，2-偶氮雙(4-甲氧-2，4- 二甲基戊腈)、過氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化叔戊酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)已酯、異丙苯過氧化氫、過硫酸鉀或過硫酸銨、安息香醚類、二烷氧基苯乙酮、占噸酮、含硫醚二苯甲酮類、硫雜蒽酮、蒽醌和二苯甲酮及其衍生物中的一種或幾種的組合等。
[0012]本發(fā)明方法中，步驟I)中加入的自由基引發(fā)劑為熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑。
[0013]本發(fā)明方法中，步驟I)中如果加入光引發(fā)劑，那在步驟I)和2)中體系需在無光條件下溶解混合均勻直至光照引發(fā)聚合。
[0014]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟I)中利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠反應(yīng)體系的溶劑為以下任一種:甲苯、乙酸乙醋、苯甲醚、1，2-二氯乙烷、N，N’-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、1，4- 二氧六環(huán)、三甲苯、水、氯仿。優(yōu)選自N，N’- 二甲基甲酰胺，四氫呋喃，I, 4- 二氧六環(huán)，三甲苯。
[0015]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟I)中的含有多端不飽和碳碳雙鍵的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)x是按照以下方法合成的:先將聚乙二醇和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成二端環(huán)氧基聚乙二醇衍生物，再將所述二端環(huán)氧基聚乙二醇衍生物與烯丙胺類有機(jī)小分子化合物進(jìn)行胺基-環(huán)氧聚合反應(yīng)，生成多端不飽和碳碳雙鍵的PEG (C = CH2) x。
[0016]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟I)中合成含有多端不飽和碳碳雙鍵的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)x時(shí)采用的聚乙二醇的分子量為200?20000。
[0017]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟I)中合成含有多端不飽和碳碳雙鍵的聚乙二醇衍生物PEG(C = CH2)X的胺基-環(huán)氧聚合反應(yīng)中，二端環(huán)氧基聚乙二醇衍生物與烯丙胺類有機(jī)小分子化合物的摩爾比為1:1。
[0018]本發(fā)明方法是通過胺基-環(huán)氧聚合反應(yīng)控制聚合物鏈連接點(diǎn)的數(shù)量與位置，再利用巰基聚乙二醇衍生物與不飽和碳碳雙鍵聚乙二醇衍生物在自由基引發(fā)劑下產(chǎn)生自由基，制備結(jié)構(gòu)規(guī)整的高強(qiáng)度聚合物網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明方法制備的規(guī)整性聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)通過過渡金屬點(diǎn)擊化學(xué)制備凝膠機(jī)械性能不高，生物相容性差等缺點(diǎn)。
[0019]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明為利用巰基-烯點(diǎn)擊體系制備具有高強(qiáng)度規(guī)整分子結(jié)構(gòu)和功能性的聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)提供了一種可行的方法，方法簡(jiǎn)單易行，反應(yīng)高效快速，反應(yīng)條件溫和；
[0021]2.本發(fā)明利用自由基引發(fā)速率與溫度或紫外光照的關(guān)系，這種關(guān)系使其在形成聚乙二醇聚合物網(wǎng)絡(luò)時(shí)在時(shí)間和空間上具有可控性，從而合理地利用不同引發(fā)劑與不同引發(fā)條件下控制聚合物凝膠化時(shí)間，這是傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的。
[0022]3.本發(fā)明的方法利用胺基-環(huán)氧聚合反應(yīng)可以調(diào)節(jié)交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)目和位置，再利用巰基-烯點(diǎn)擊的方式使目標(biāo)聚合物在預(yù)期的交聯(lián)點(diǎn)位置上反應(yīng)。這種方法可以通過調(diào)節(jié)聚合物鏈連接點(diǎn)的位置和網(wǎng)絡(luò)體系的交聯(lián)度，從而得到需要的“設(shè)計(jì)性”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0023]4.本發(fā)明制備的聚乙二醇凝膠網(wǎng)絡(luò)，充分結(jié)合了擊化學(xué)反應(yīng)與胺基-環(huán)氧聚合反應(yīng)的特點(diǎn)。這種方法制備的凝膠網(wǎng)絡(luò)通過增加交聯(lián)點(diǎn)大大減少了微觀缺陷的生成、杜絕了宏觀缺陷的生成，提高了聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，這是現(xiàn)有的方法沒有辦法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供的高強(qiáng)度聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠網(wǎng)絡(luò)的方法，為聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)凝膠在人造器官領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。
[0024]5.本發(fā)明制備的聚乙二醇凝膠網(wǎng)絡(luò)，充分利用巰基和烯無銅點(diǎn)擊反應(yīng)體系，能避免過渡金屬催化帶來的生物毒性，為凝膠材料在仿生材料、生物分離和藥物釋放領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。
[0025]6.本發(fā)明制備的聚乙二醇凝膠網(wǎng)絡(luò)，具有粘接性、隔熱性、高折射率、氧化惰性、生物降解性和耐水解性等優(yōu)異性能，在功能高分子材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的范圍并不以【具體實(shí)施方式】為限，而是由權(quán)利要求的范圍加以限定。
[0027]實(shí)施例1:
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