本发明专利技术属于凝胶材料技术领域，公开了一种半纤维素基光响应纳米水凝胶及其制备方法和应用。所述制备方法为：将1,6‑二溴己烷和4‑羟基偶氮苯反应，得到4‑ω‑溴己氧基偶氮苯；然后将其与半纤维素进行反应，得到侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物，再将其溶于无水DMSO中后转移至透析袋中用蒸馏水透析至少24h，得到所述半纤维素基光响应纳米水凝胶。本发明专利技术利用接枝共聚方法将偶氮苯接枝入半纤维素分子链上，然后利用其疏水缔合作用进一步地制备了半纤维素基光响应纳米水凝胶，其光响应效率更高，生物相容性好，能够更好的适应人体环境，在担载药物后对人体病变局部进行靶向缓释治疗方面具有较好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于凝胶材料
，具体涉及一种半纤维素基光响应纳米水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
随着能源问题的日益加剧，如何更加有效和充分利用绿色能源如生物质能以解决日益加剧的资源和环境问题得到了社会的广泛关注。半纤维素作为自然界最广泛存在的资源之一，是一种可再生，绿色、环保的天然高分子材料。由于其具有成分复杂、分支度高、聚合度低以及无定形结构等特点，使得半纤维素的理论研究和实际应用没有像纤维素和木质素一样广泛。在造纸工业中，通常半纤维素同木质素一起在蒸煮阶段就溶于蒸煮液中，在回收阶段，直接燃烧产热。然而和木质素相比，半纤维素的产热值并不高，只有木质素的一半，因此造成了大量的浪费。在传统制浆造纸过程中，大量的有机物通常需要通过生物降解、物理和化学沉积去除，这不仅增加了生产成本而且使操作工序变得复杂，因此，寻找半纤维素的应用途径亟待解决。目前，光响应水凝胶是一种很有前途的材料，在光控开关、显示装置和光控药物释放等领域有着诱人的应用前景，因而近年来受到普遍关注。由于光刺激可以保证连续性和精确性，所以光聚合制备光响应水凝胶有着其他智能水凝胶所不具有的优点：成型条件温和、形状任意调控、响应速度快、可以实现定域响应的目标。光响应型聚合物水凝胶的响应机理主要有以下几种。一种是将光敏分子引入到水凝胶中，利用光敏分子光照分解产生的离子化作用来实现光响应响应性。这一类的水凝胶在光照的时候，内部会因为光敏分子见光分解而产生出大量离子，从而改变水凝胶内外离子的浓度差，使水凝胶内部的渗透压改变，最终促使凝胶发生体积上的变化，即对光照产生响应性。用紫外线照射时，凝胶中光敏分子发生离子化反应，凝胶内形成大量离子，对凝胶溶胀性能产生影响。还有一种是通过光敏分子的异构化作用来使水凝胶产生响应性，因为光敏分子的异构化作用会引起分子构型的变化。将光敏分子引入水凝胶中，光敏分子的构型变化将会促使凝胶材料内部发生某些性质的改变，进而产生响应性。目前报道的光响应型水凝胶有很多，但是这些水凝胶或多或少都存在着一定的不足之处，常见的表现为生物相容性不够好，不能适宜生物体并用于生物载药；响应时间长，不能准确及时的对光刺激做出响应；原料为合成高分子，不环保不符合当下绿色化学的研究理念。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种半纤维素基光响应纳米水凝胶的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的半纤维素基光响应纳米水凝胶。本专利技术的再一目的在于提供上述半纤维素基光响应纳米水凝胶在催化和药物运输领域中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种半纤维素基光响应纳米水凝胶的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将1,6-二溴己烷、碱和KI加入到丙酮中，氮气气氛下搅拌混合均匀后升温至60℃以上，然后滴加4-羟基偶氮苯的丙酮溶液，滴加完后加热回流反应，反应完成后趁热过滤除去体系中的无机盐，蒸发浓缩滤液，浓缩液滴加到乙醇中沉淀，过滤，固体干燥后重结晶，得到4-ω-溴己氧基偶氮苯；(2)将半纤维素溶解于无水DMSO中，氮气气氛下加入碱溶液室温搅拌反应，然后滴加4-ω-溴己氧基偶氮苯的无水DMSO溶液，滴加完后在60℃～100℃反应5～7小时，反应完毕后加入稀酸中和，再滴加到乙醇中沉淀，离心，沉淀经洗涤、干燥，得到侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物(Azo-XH)；(3)取步骤(2)所得侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物溶于无水DMSO中，经有机系过滤器过滤后将溶液转移至透析袋中用蒸馏水透析至少24h，透析完后将得到的纳米水凝胶水分散液用水系过滤器过滤，得到所述半纤维素基光响应纳米水凝胶。优选地，步骤(1)中所述1,6-二溴己烷与4-羟基偶氮苯加入的质量比为(3～10):1；优选地，步骤(1)中所述的碱是指K2CO3，碱与1,6-二溴己烷质量比为1:(10～2)；所述KI的加入量与碱的质量比为1:(10～24)。优选地，步骤(1)中所述回流反应的时间为24h。优选地，步骤(2)中所述碱溶液的质量浓度为10％～40％；所述室温搅拌反应的时间为1h。所述半纤维素与4-ω-溴己氧基偶氮苯加入的质量比优选为1:(0.15～0.3)。优选地，步骤(3)中所述有机系过滤器的过滤精度为0.22μm。一种半纤维素基光响应纳米水凝胶，通过上述方法制备得到。上述半纤维素基光响应纳米水凝胶在催化和药物运输领域中的应用。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术以半纤维素作为基材，半纤维素分子链上具有羟基、醛酸等富含氧的功能基团，这些基团易于与偶氮苯等具有光响应性能的小分子进行化学修饰；(2)本专利技术利用接枝共聚方法将偶氮苯接枝入半纤维素分子链上，然后利用其疏水缔合作用进一步地制备了半纤维素基光响应纳米水凝胶(Azo-MA)，相对于其他光响应水凝胶，例如壳聚糖接枝偶氮苯水凝胶和脂类光响应水凝胶，Azo-MA光响应效率更高，生物相容性好，能够更好的适应人体环境，在担载药物后对人体病变局部进行靶向缓释治疗方面具有较好的应用前景；(3)本专利技术充分利用了可再生的半纤维素制备光响应水凝胶材料，是一种可持续性利用资源的新方法，并为半纤维素这一类可再生资源的的合理转化利用提供了新的思路，这对于能源的利用和环境的保护具有重要的意义。附图说明图1为实施例3所得半纤维素基光响应纳米水凝胶的透射电镜(TEM)图；图2为实施例3所得半纤维素基光响应纳米水凝胶紫外光照射前的DMSO溶液和水分散液的紫外-可见吸收光谱图；图3为实施例3所得半纤维素基光响应纳米水凝胶在不同光照时间不同含水量的At/A0-t图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)向三口烧瓶中，通入氮气，将40g 1,6-二溴己烷，12g K2CO3和0.5g KI加入到125ml丙酮中，搅拌均匀后缓慢加温至60℃以上；将4.95g 4-羟基偶氮苯溶于丙酮中，用恒压漏斗逐滴滴加到上述反应体系中，滴加完后加热回流24h。趁热过滤除去体系中的无机盐(滤渣)，用丙酮洗涤后收集滤液，滤液用旋转蒸发仪蒸发浓缩后滴加到冷的乙醇中沉淀，过滤，最后固体干燥后重结晶，得到黄色片状固体即为所需要的4-ω-溴己氧基偶氮苯。(2)在加热条件下，将1g半纤维素在无水DMSO中溶解直至完全溶解成淡黄色透明溶液，然后降温至室温，通入N2后加入100μL质量分数为10％的碱溶液，在N2氛下继续搅拌反应1h。称取0.15g的4-ω-溴己氧基偶氮苯，用无水DMSO溶解后逐滴滴加到反应体系中，滴加完后继续升温至60℃反应7h。反应完毕后加入稀酸中和，最后再滴加到乙醇中沉淀，离心，沉淀用无水乙醇反复洗涤，直至滤液用紫外分光光度计检测不再出现偶氮苯的吸收峰。最终得到的接枝物即为侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物(Azo-XH)，干燥后避光保存备用。(3)称取0.15g的Azo-XH溶于无水DMSO中，待其完全溶解后用有机系针式过滤器过滤。将溶液转移至透析袋中用蒸馏水透析至少24h，透析完后将得到的纳米水凝胶水分散液用水系针式过滤器过滤。过滤完后将纳米水凝胶水分散液用锡纸包好后置于冰箱中保存备用，得到本实施例的一种半纤维素基光响应纳米水凝胶(AZO-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半纤维素基光响应纳米水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将1,6‑二溴己烷、碱和KI加入到丙酮中，氮气气氛下搅拌混合均匀后升温至60℃以上，然后滴加4‑羟基偶氮苯的丙酮溶液，滴加完后加热回流反应，反应完成后趁热过滤除去体系中的无机盐，蒸发浓缩滤液，浓缩液滴加到乙醇中沉淀，过滤，固体干燥后重结晶，得到4‑ω‑溴己氧基偶氮苯；(2)将半纤维素溶解于无水DMSO中，氮气气氛下加入碱溶液室温搅拌反应，然后滴加4‑ω‑溴己氧基偶氮苯的无水DMSO溶液，滴加完后在60℃～100℃反应5～7小时，反应完毕后加入稀酸中和，再滴加到乙醇中沉淀，离心，沉淀经洗涤、干燥，得到侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物；(3)取步骤(2)所得侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物溶于无水DMSO中，经有机系过滤器过滤后将溶液转移至透析袋中用蒸馏水透析至少24h，透析完后将得到的纳米水凝胶水分散液用水系过滤器过滤，得到所述半纤维素基光响应纳米水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种半纤维素基光响应纳米水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将1,6-二溴己烷、碱和KI加入到丙酮中，氮气气氛下搅拌混合均匀后升温至60℃以上，然后滴加4-羟基偶氮苯的丙酮溶液，滴加完后加热回流反应，反应完成后趁热过滤除去体系中的无机盐，蒸发浓缩滤液，浓缩液滴加到乙醇中沉淀，过滤，固体干燥后重结晶，得到4-ω-溴己氧基偶氮苯；(2)将半纤维素溶解于无水DMSO中，氮气气氛下加入碱溶液室温搅拌反应，然后滴加4-ω-溴己氧基偶氮苯的无水DMSO溶液，滴加完后在60℃～100℃反应5～7小时，反应完毕后加入稀酸中和，再滴加到乙醇中沉淀，离心，沉淀经洗涤、干燥，得到侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物；(3)取步骤(2)所得侧链含偶氮苯两亲性半纤维素衍生物溶于无水DMSO中，经有机系过滤器过滤后将溶液转移至透析袋中用蒸馏水透析至少24h，透析完后将得到的纳米水凝胶水分散液用水系过滤器过滤，得到所述半纤维素基光响应纳米水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种半纤维素基光响应纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述1,6-二溴己烷与4-羟基偶氮苯加入的质量比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭新文，向志华，钟林新，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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