一種具有ucst的乙基纖維素納米膠束的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種具有UCST的乙基纖維素納米膠束的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乙基纖維素是自然界儲(chǔ)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、生物降解性以及可再生性。纖維素的修飾及其接枝共聚衍生物可以有效改變纖維素的物理和化學(xué)性質(zhì)。乙基纖維素(EC)是纖維素中的不得呢羥基被乙氧基取代的纖維素衍生物，是應(yīng)用最廣泛的水不溶性纖維素衍生物之一，但其功能比較單一，而且溶解性較差，因此為了滿足更高的應(yīng)用要求，需要采用物理化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行改性，擴(kuò)大其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的功能。Huang (Shen, D.ff.; Yu, H.; Huang, Y.J.Densely GraftingCopolymers of Ethyl Cellulose through Atom Transfer Radical Polymerizat1n[J].Polym.Sc1., Part A: Polym.Chem.2005, 43, 4099-4108.)通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合制備了聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯為支鏈的乙基纖維素接枝共聚物Jian (Jian，C.M，Gong C，Wang,S.Q.Multifunct1nal comb copolymer ethyl cellulose-g-poly(ε-caprolactone)-rhodamine B/folate: Synthesis, characterizat1n and targeted bondingapplicat1n [J].European Polymer Journal.2014, 55, 235 - 244)以乙基纖維素為主鏈利用開(kāi)環(huán)聚合方法制備了具有良好生物相容性和生物降解性的梳型共聚物EC-^PCL，并使用羅丹明B (RhB)和葉酸(FA)通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步修飾EC-fPCL，得到具有熒光性和靶向功能的 EC-f PCL-RhB/FA。
[0003]環(huán)境響應(yīng)型聚合物又稱智能聚合物或刺激響應(yīng)型共聚物，即受到外界環(huán)境的微小的刺激下，自身會(huì)相應(yīng)地發(fā)生某些物理或化學(xué)性質(zhì)變動(dòng)態(tài)且可逆的變化的聚合物。其中外界刺激因素包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、離子強(qiáng)度、PH值、溫度等物理和化學(xué)刺激，自身性質(zhì)包括形狀、相態(tài)、表面能、滲透速率或識(shí)別性能等。在環(huán)境響應(yīng)型聚合物在藥物緩釋的輸送載體、生物分離、催化劑或酶等生物大分子的保護(hù)載體、智能或仿生體系、生物傳感器和生物分子診斷等生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的諸多應(yīng)用，因此引起了人們的廣泛關(guān)注。由于兩親性聚合物的優(yōu)秀性質(zhì)，以及環(huán)境響應(yīng)型聚合物在很多領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，所以兩親性環(huán)境響應(yīng)型聚合物已經(jīng)成為了研宄熱點(diǎn)。Zhao (Housni，A and Zhao，Y.GoldNanoparticles Funct1nalized with Block Copolymers Displaying Either LCST orUCST Thermosensitivity in Aqueous Solut1n[J].Langmuir.2010, 26, 12933 - 12939)通過(guò)PDMAEMA的季胺化反應(yīng)制備了具有UCST的聚合物Quaternized-PEO-fPDMAEMA，然后將其與金納米復(fù)合，并研宄了所得雜化粒子的溫度響應(yīng)性，結(jié)果表明金納米粒子在LCST和UCST時(shí)有穩(wěn)定的分散性，這篇文獻(xiàn)提供了一個(gè)可靠方面的方法研宄金屬納米粒子與高分子聚合物外衣相結(jié)合的功能化。
[0004]利用乙基纖維素本身良好的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結(jié)合開(kāi)環(huán)聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合等聚合方法，在乙基纖維素側(cè)基上引入具有UCST的溫度響應(yīng)性的聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯鏈段，可以制備乙基纖維素為主鏈的溫度響應(yīng)性接枝-嵌鍛共聚物，這在生物醫(yī)學(xué)、納米藥物載體等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有UCST的乙基纖維素納米膠束的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是將具有UCST的溫度響應(yīng)性的嵌鍛聚合物作為支鏈引入到乙基纖維素上，使所獲得的接枝共聚物同時(shí)具有良好的生物相容性、生物降解性、生物活性、UCST溫度響應(yīng)性，并將此接枝共聚物溶于水中得到具有UCST的溫度響應(yīng)性的穩(wěn)定納米膠束。本發(fā)明用商品化的乙基纖維素、ε-己內(nèi)酯單體和甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯單體，采用開(kāi)環(huán)聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合等聚合方法，制備一系列單體比例不同的(聚己內(nèi)脂+聚甲基丙烯酸N，N- 二甲基氨基乙酯)支鏈的乙基纖維素的UCST的溫度響應(yīng)性接枝嵌鍛共聚物。
[0007]本發(fā)明提出的乙基纖維素溫度響應(yīng)性穩(wěn)定納米膠束的制備方法，具體步驟如下:
(1)將乙基纖維素加入到燒瓶中，并分散溶解在溶劑A中，加入預(yù)先計(jì)算好的開(kāi)環(huán)聚合ε -己內(nèi)酯單體，得到溶液A ；
(2)將開(kāi)環(huán)聚合催化劑B溶解于溶液A中，開(kāi)環(huán)聚合催化劑B加入的物質(zhì)的量為加入的開(kāi)環(huán)聚合ε -己內(nèi)酯單體的物質(zhì)的量的I?1.5倍，得到混合物；
(3)在60?120°C下將步驟⑵得到的混合物劇烈攪拌24?48小時(shí)，經(jīng)濃縮，沉淀，抽濾，并真空干燥后，得到以乙基纖維素為主鏈的大分子接枝共聚物(EC-PCL);
(4)將大分子接枝共聚物溶解于溶劑C中，再加入溴化劑D進(jìn)行溴化反應(yīng)，得到以乙基纖維素為主鏈的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerizat1n，ATRP)大分子引發(fā)劑(EC-PCL-Br)；
(5)將所得的ATRP大分子引發(fā)劑溶于溶劑E，加入單體甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，單體甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯的具體加入量按所設(shè)計(jì)的分子量及其性能確定，加入催化劑溴化亞銅、配位劑以及N，N，N’，N，’ N’ ’ -五甲基二亞乙基三胺，體系在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為40?120°C，反應(yīng)2?24小時(shí)，并經(jīng)沉淀、真空干燥，即得到產(chǎn)物(EC-PCL-滬PDMAEMA)；
(6)將步驟(5)所得產(chǎn)物溶解于溶劑F中，加入I,3-丙磺酸內(nèi)酯攪拌過(guò)夜，進(jìn)行完全季銨化，得到最終所需產(chǎn)物(季銨化的EC-PCL-f PDMAEMA)。
[0008]本發(fā)明中，所述的溶劑A為新制無(wú)水二甲苯、甲苯、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。
[0009]本發(fā)明中，所述的開(kāi)環(huán)聚合催化劑B為異辛酸亞錫的甲苯溶液、辛酸亞錫的甲苯溶液、氯化氫的乙醚溶液、天然羥基酸或三氟甲磺酸中的任一種。
[0010]本發(fā)明中，所述的溶劑C為無(wú)水二氯甲烷、三氯甲烷、1，2_ 二氯乙烷或四氫呋喃中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明中，所述的溴化劑D為2-溴代異丁酰溴、N-溴代丁二酰亞胺、2-溴丙酰溴或溴乙酰溴中的任一種。
[0012]本發(fā)明中，所述的溶劑E為苯甲醚、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。
[0013]本發(fā)明中，所述的溶劑F為四氫呋喃、苯、乙醚或四氯化碳中的一種或幾種。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明原料來(lái)源廣泛，所用的乙基纖維素、ε -己內(nèi)酯、甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯單體、溶劑、催化劑、配位劑、引發(fā)劑、溴化劑、1，3-丙磺酸內(nèi)脂等均可工業(yè)化生產(chǎn)，合成方法簡(jiǎn)單易行。合成的兩親性以乙基纖維素為主鏈的接枝嵌鍛共聚物具有UCST的溫度響應(yīng)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。所得穩(wěn)定納米膠束具有溫度響應(yīng)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(yīng)器、生物智能開(kāi)關(guān)、生物傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1:實(shí)施例1制備的乙基纖維素為主鏈的溫度響應(yīng)性接枝共聚物的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2:實(shí)施例1制備的EC-廣PCL-廣PDMAEMA的1H NMR圖譜；
圖3:實(shí)施例1制備的季銨化的EC-^PCL-6PDMAEMA的1H NMR圖譜；
圖4:實(shí)施例1制備的季銨化的EC-fPCL-f PDMAEMA在IXUCST時(shí)形成膠束的透射電鏡照片；
圖5:實(shí)施例1制備的季銨化的EC-fPCL-f PDMAEMA在T>UCST時(shí)形成膠束的透射電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0017]該乙基纖維素為主鏈的具有UCST的溫度響應(yīng)性接枝嵌鍛共聚物的分子結(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(cè)定。低臨界溶解溫度(LCST)和高臨界溶解溫度(UCST)用帶熱臺(tái)的紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定，LCST定義為透光率降至初始值的50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，UCST定義為透光率升至初始值的200%時(shí)所對(duì)應(yīng)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(cè)定。納米膠束粒徑用動(dòng)態(tài)激光光散射儀(DLS)測(cè)定。
[0018]實(shí)施例1
稱取乙基纖維素1.214克于圓底燒瓶中，用新制的無(wú)水二甲苯分散溶解后，加入ε-己內(nèi)酯12.16克，再加入132 μ L異辛酸亞錫，經(jīng)抽真空-充氮?dú)膺^(guò)程3次，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于60°C油浴中反應(yīng)12小時(shí)，將所得產(chǎn)物溶解在適量二氯甲烷中，再進(jìn)行沉淀，抽濾，真空干燥，得主鏈為乙基纖維素的大分子聚合物(EC-^PCL)。稱取大分子聚合物(EC-^PCL) 3克溶于蒸餾除水二氯甲烷，加入蒸餾除水的三乙胺0.5克，將混合物置于冰水浴中，將2-溴異丁酰溴1.14克逐滴加入混合物中，滴好后，在室溫下攪拌反應(yīng)24h，產(chǎn)物分別用飽和NaHCCVK溶液和蒸餾水洗滌，再進(jìn)行濃縮，沉淀，真空烘干，得到主鏈為乙基纖維素的ATRP大分子引發(fā)劑(EC-f PCL-Br)。稱取ATRP大分子引發(fā)劑(EC_f PCL-Br) 0.3克溶于N, N- 二甲基甲酰胺中，加入甲基丙烯酸N, N- 二甲氨基乙酯1.65克，N, N，N’，N，’ N’ ’ -五甲基二亞乙基三胺80 μ 1，再加入催化劑溴化亞銅0.05克，經(jīng)抽真空-充氮?dú)膺^(guò)程3次，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于40°C油浴中反應(yīng)2小時(shí)。產(chǎn)物去離子水透析，冷凍干燥，得到乙基纖維素為主鏈的具有LCST的溫度響應(yīng)性接枝嵌鍛共聚物(EC-^PCL-f PDMAEMA)。稱取聚合物(EC-^PCL-^PDMAEMA) I克溶解于無(wú)水四氫呋喃，