一種水凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水凝膠的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及通過馬來酰亞胺基團(tuán)與疊氮基之間的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)，制備出化學(xué)交聯(lián)的水凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水凝膠是一類具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能高分子材料，它不溶于水，卻能吸收大量的水，并具有很強(qiáng)的保水能力。由于其特殊的性質(zhì)，在生物醫(yī)學(xué)方面獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)水凝膠對(duì)外界環(huán)境刺激的響應(yīng)情況，又可以分為智能水凝膠和傳統(tǒng)水凝膠；智能水凝膠與傳統(tǒng)水凝膠的不同之處在于其對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)程度。對(duì)于智能水凝膠，當(dāng)外界環(huán)境，如溫度、P H值、光等發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)水凝膠產(chǎn)生刺激，使其各種性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的改變，而且這些變化是可逆的，因此智能水凝膠又稱之為刺激響應(yīng)性或敏感性水凝膠。
[0003]水凝膠可以由多種方法來制備，水凝膠制備過程中涉及的化學(xué)反應(yīng)與條件，直接影響其性能與應(yīng)用。水凝膠的制備方法分為物理方法和化學(xué)方法；通過物理方法形成的水凝膠穩(wěn)定性較差，限制了其應(yīng)用；而通過傳統(tǒng)的化學(xué)方法形成的水凝膠雖說機(jī)械強(qiáng)度較高，但在形成過程中會(huì)涉及到不容易完全除去的引發(fā)劑或催化劑，用作組織工程支架材料時(shí)易引起細(xì)胞毒性，且通過傳統(tǒng)的化學(xué)方法形成的水凝膠粒子的結(jié)構(gòu)不容易精確控制，這會(huì)影響水凝膠對(duì)環(huán)境刺激的響應(yīng)速度，同時(shí)化學(xué)過程的副反應(yīng)也會(huì)影響水凝膠的使用性能。因此，在制備水凝膠時(shí)選擇合適的化學(xué)反應(yīng)是十分重要的。科學(xué)工作者在這方面做了許多有益的探索。點(diǎn)擊反應(yīng)可以快速高效制備大量化合物，而且方法簡便，對(duì)環(huán)境污染也較小。利用點(diǎn)擊反應(yīng)來制備水凝膠是一種新型技術(shù)，具有較大的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的疊氮-炔基Husigen環(huán)加成點(diǎn)擊反應(yīng)具有選擇性強(qiáng)、條件溫和、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于在反應(yīng)過程中往往使用銅鹽作催化劑，不容易完全除去，這難免會(huì)影響材料的生物相容性，雖然引入高張力環(huán)的疊氮-炔基基團(tuán)可免除銅鹽催化劑的使用，但其制備繁雜，因而使用場合受到很大限制。
[0004]因此，提供一種制備方法操作簡單，無需催化劑或引發(fā)劑的水凝膠的制備方法，已經(jīng)是一個(gè)值得研宄的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種簡單易操作，可在生理調(diào)節(jié)下進(jìn)行，無需催化劑或引發(fā)劑的水凝膠的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種水凝膠的制備方法，具體制備方法步驟如下:
(1)以甲基丙烯酸(MA)和N，N-二甲基丙烯酰胺(DA)為單體，制備含有羧基的共聚物PMADA ；
(2)通過步驟(I)中制備的含有羧基的共聚物PMADA上的羧基與2-疊氮基乙醇上羥基的縮合反應(yīng)，合成含有疊氮基的共聚物(PMADA-AZ)； (3)通過異丙氨酸與馬來酸酐的反應(yīng)合成N-(異丙氨酸)-馬來酰亞胺(AMI)，通過羥乙基β -環(huán)糊精(HCD)與AM I反應(yīng)合成含有環(huán)糊精的交聯(lián)劑HCD-AMI ；
(4)將HCD-AMI與PMADA-AZ-n溶解于水中，通過馬來酰亞胺基團(tuán)與疊氮基之間的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)，制備出化學(xué)交聯(lián)的水凝膠。
[0007]所述的步驟(I)中的單體之一只要含有羧基即可，共聚物可以是一元、二元或多元；采用AIBN引發(fā)的自由基共聚合，以DMF作溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)，水浴加熱，70°C下反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，無水乙醚沉淀；
所述的步驟(2)中PMADA上羧基與2-疊氮基乙醇上羥基的摩爾投料比為1:2 ;DMF作溶劑，DCC作脫水劑，DMAP作催化劑；所述的脫水劑DCC的物料量為羧基的1.1倍；催化劑DMAP的物料量為羧基的0.1倍；
所述的步驟(3)中的氨基酸可替換為甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸中任一種；所述的環(huán)糊精可通過α-環(huán)糊精，β-環(huán)糊精，Y-環(huán)糊精或其衍生物替換；DMF作溶劑，DCC為脫水劑，DMAP為催化劑，反應(yīng)溫度設(shè)為0°C?_2°C，反應(yīng)時(shí)間為8h ；
所述的步驟(4 )中含有馬來酰亞胺基團(tuán)及疊氮基的原料均溶解于水中，通過水相中的點(diǎn)擊反應(yīng)形成水凝膠；反應(yīng)在水中進(jìn)行，總質(zhì)量濃度為20-25% ；
所述的水凝膠制備載藥微球時(shí)采用原位包藥方法，藥物不能與原料上的活性基團(tuán)反應(yīng)。
[0008]積極有益效果:本發(fā)明是在制備水凝膠的兩種原料上分別引入馬來酰亞胺基團(tuán)與疊氮基，利用馬來酰亞胺基團(tuán)與疊氮基之間的I，3-偶極環(huán)加成點(diǎn)擊反應(yīng)制備水凝膠；不需要催化劑，也不需要有機(jī)溶劑，克服了傳統(tǒng)的疊氮基-炔基點(diǎn)擊反應(yīng)中需銅作催化劑的缺點(diǎn)，采用生物相容性好的原料，利于其用作藥物控釋載體和組織工程支架材料，提高了材料的生物相容性。本發(fā)明簡單易操作，可在生理調(diào)節(jié)下進(jìn)行，無需催化劑或引發(fā)劑，反應(yīng)條件溫和，在水凝膠的制備中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的合成過程示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)例中共聚物的FTIR譜圖，圖中為:PMADA-5 (a)、PMADA-10 (b)、PMADA-15 (c)、PMADA-20 (d)；
圖3為本發(fā)明實(shí)例中含疊氮基的共聚物的FTIR譜圖，圖中為:PMADA-AZ-5 (a)、PMADA-AZ -10 (b),PMADA-AZ -15 (c), PMADA-AZ -20 (d)；
圖4為本發(fā)明實(shí)例中水凝膠Gel-n的FTIR譜圖，圖中為:Gel-5 (a)、Gel-10 (b)、Gel-15 (c)、Gel-20 (d)；
圖5為本發(fā)明實(shí)例3中PMADA-15 (a)與PMADA-AZ-15 (b)的IH NMR譜圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)例中水凝膠在蒸餾水中的溶脹度隨時(shí)間變化的曲線圖(37 °C ):圖中為:Gel-5 (a)、Gel-10 (b)、(c) Gel-15、(d) Gel-20。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
一種水凝膠的制備方法，具體制備方法步驟如下:如圖1、圖2、圖3、圖4和圖6所示， (1)以甲基丙烯酸(MA)和N，N-二甲基丙烯酰胺(DA)為單體，制備含有羧基的共聚物PMADA ；
(2)通過步驟(I)中制備的含有羧基的共聚物PMADA上羧基與2-疊氮基乙醇上羥基的縮合反應(yīng)，合成含有疊氮基的共聚物(PMADA-AZ)；
(3)通過異丙氨酸與馬來酸酐的反應(yīng)合成N-(異丙氨酸)-馬來酰亞胺(AMI)，通過羥乙基β -環(huán)糊精(HCD)與AM I反應(yīng)合成含有環(huán)糊精的交聯(lián)劑HCD-AMI ；
(4)將HCD-AMI與PMADA-AZ-n溶解于水中，通過馬來酰亞胺基團(tuán)與疊氮基之間的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)，制備出化學(xué)交聯(lián)的水凝膠。
[0011]所述的步驟(I)中的單體之一只要含有羧基即可，共聚物可以是一元、二元或多元；采用AIBN引發(fā)的自由基共聚合，以DMF作溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)，水浴加熱，70°C下反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，無水乙醚沉淀；
所述的步驟(2)中PMADA上羧基與2-疊氮基乙醇上羥基的摩爾投料比為1:2 ;DMF作溶劑，DCC作脫水劑，DMAP作催化劑；所述的脫水劑DCC的物料量為羧基的1.1倍；催化劑DMAP的物料量為羧基的0.1倍；
所述的步驟(3)中的氨基酸可替換為甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸中任一種；所述的環(huán)糊精可通過α-環(huán)糊精，β-環(huán)糊精，Y-環(huán)糊精或其衍生物替換；DMF作溶劑，DCC為脫水劑，DMAP為催化劑，反應(yīng)溫度設(shè)為0°C?_2°C，反應(yīng)時(shí)間為8h ；
所述的步驟(4 )中含有馬來酰亞胺基團(tuán)及疊氮基的原料均溶解于水中，通過水相中的點(diǎn)擊反應(yīng)形成水凝膠；反應(yīng)在水中進(jìn)行，總質(zhì)量濃度為20-25% ；
所述的水凝膠制備載藥微球時(shí)采用原位包藥方法，藥物不能與原料上的活性基團(tuán)反應(yīng)。
[0012]實(shí)施例1
取甲基丙烯酸0.4366 g (5mmol)，N，N-二甲基丙烯酰胺2.4820 g(25mmol)，置于100mL三口燒瓶內(nèi)，加入30 mL干燥后的DMF作溶劑。室溫下，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入引發(fā)劑AIBN0.0246 go然后用水浴加熱，使反應(yīng)溫度緩慢上升到70 °C，在此溫度下反應(yīng)8 h。冷卻至室溫；乙醚沉淀，干燥。得共聚物記作PMADA- 5。
[0013]稱取0.1740 g 2-疊氮基乙醇，0.5817 g PMADA-5,置于100 mL三口燒瓶內(nèi)，加