一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法技术

本发明专利技术属于高分子化学技术领域，尤其涉及一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法。首先，采用原子转移自由基聚合制备具有不同分子量的四臂聚丙烯酸(PAA)；其次，采用铜催化叠氮‑炔环加成“点击化学”分别与末端带有炔基官能团的线性聚乙二醇(PEG)交联反应，制备不同交联密度的PAA‑PEG多重响应水凝胶。本发明专利技术制备的水凝胶可随pH变化、钙离子浓度变化其力学性能、导电性能发生变化，有望在药物缓释、生物传感、响应材料等领域得到广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法
本专利技术涉及生物医用材料领域，尤其涉及一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法。
技术介绍
在现代人造器官的制备技术中，智能材料在人体控制离子吸收和多种维他命、药物、蛋白质和矿物质的吸收上具有举足轻重的作用。这些智能材料可作为生物组织移植或者替代坏死的器官。作为重要的智能材料，多重响应水凝胶是由亲水聚合物链组成且具有三维网状交联结构，在水中能溶胀。多重响应性水凝胶对外界条件的变化也会在生物体内发生，如pH，温度，溶剂极性，盐含量和电场的变化。多重响应水凝胶的溶胀率变化在神经刺激，肌肉收缩和细胞运动中发挥重要作用。尽管多重响应水凝胶作为生物材料将来可能广泛应用在组织工程上，但是其机械强度不可忽视。其中交联密度是影响多重响应水凝胶机械性能的最主要的因素，因为其交联点不仅受共聚时双键转化率的控制，而且还受二价金属离子与聚合物侧基官能团的金属配位键的影响。传统的多重响应性水凝胶是由多官能度的交联点通过自由基共聚合制备而得，通过这种方法制备的水凝胶其内部交联结构不规整，产生大量应力缺陷，导致水凝胶力学强度不高，容易破碎。具有规整结构的多重响应性水凝胶具有规整的交联密度和均匀的交联点分布，从而减少水凝胶的应力缺陷，因此有较高的弹性模量，在未来能应用于生物组织修复材料，如人造软骨组织等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中多重响应性水凝胶力学强度不高，容易破碎等问题，提供一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法。一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，包括以下步骤：(1)制备四官能度ATRP引发剂；(2)采用原子转移自由基聚合制备具有不同分子量的四臂聚丙烯酸叔丁酯；(3)将聚丙烯酸叔丁酯末端含溴官能团进行叠氮化改性；(4)合成末端带有炔基官能团的多臂聚乙二醇；(5)将末端含有叠氮官能团的聚丙烯酸叔丁酯和末端带有炔基官能团采用叠氮-炔环加成“点击化学”反应交联制备聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯水凝胶。(6)将制得的聚丙烯酸叔丁酯-聚乙二醇水凝胶用三氟乙酸酸化处理，制得聚丙烯酸-聚乙二醇多重响应性水凝胶；优先地，在步骤(1)中所述所使用的反应溶剂为二氯甲烷，反应温度为25℃，反应时间48小时，季戊四醇与溴代异丁酰溴的反应摩尔比1:4(反应浓度为50％)，反应结束后,混合液过滤去除生成的盐,然后用5％的NaHCO3溶液洗涤三次，有机相用无水硫酸镁干燥过夜，用旋转蒸发仪去除二氯甲烷，最后，粗产物在乙醇中重结晶三次，常温真空干燥过夜。优先地，步骤(2)中所述所使用的反应溶剂为甲苯，丙烯酸叔丁酯：四官能度ATRP引发剂：溴化亚酮：N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺的摩尔比为400-200：1：1：1，在氮气保护下，60℃的油浴中反应，反应12-48小时。反应结束后，将反应液在二氯甲烷中稀释，用200目中性氧化铝去除铜催化剂。聚合物用旋转蒸发仪浓缩后，溶于四氢呋喃，并在甲醇/水(体积比：1/1)中沉淀，重复三次去除为反应的单体，将聚合物过滤，室温真空干燥过夜。优先地，步骤(3)中四臂聚丙烯酸叔丁酯溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中(反应浓度为0.01mol/L)，加入叠氮化钠(反应浓度为0.08mol/L)反应温度为30℃，反应时间24小时，带反应结束后，将N,N-二甲基甲酰胺溶剂通过减压蒸馏去除，并将聚合物溶于100mL二氯甲烷中，用中性氧化铝去除剩余的叠氮化钠。最后，聚合物溶液中的二氯甲烷用旋转蒸发仪去除，溶于四氢呋喃，并在醇/水(体积比：1/1)中沉淀，重复三次去除为反应的单体，将聚合物过滤，干燥24小时。优先地，在步骤(4)中在氮气保护下，多臂聚乙二醇溶于四氢呋喃中(反应浓度为0.04mol/L)，炔丙基溴(反应浓度为0.1-0.32mol/L)，氢化钠(反应浓度为0.6mol/L)加入到聚合物溶液中，在室温下反应24小时。反应结束后，聚合物溶液用中性氧化铝柱子去除氢化钠以及副产物盐。最后用旋转蒸发仪去除四氢呋喃得到产物。优先地，在步骤(4)中所述的聚乙二醇分子量为4000-15000；所述的多臂及乙二醇为线性、三臂、四臂聚乙二醇。优先地，在步骤(5)中所述的在氮气保护下，带有炔基官能团的多臂聚乙二醇和带有叠氮官能团的四臂聚丙烯酸叔丁酯，溴化亚铜和N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺以摩尔比(0.5-2:1:4:4)溶于1,4-二氧六环(反应浓度为20％)溶于装有的反应管中，在常温下静置24小时，用蒸馏水洗涤，最后在60℃下干燥至恒重，制得聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯水凝胶。优先地，在于步骤(6)中所述的将聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯水凝胶充分溶胀在二氯甲烷中，缓慢滴加三氟乙酸，在室温下反应24小时。将溶剂去除后，水凝胶浸泡在去离子水中，去除水凝胶中的三氟乙酸，去离子水浸泡洗涤，在60℃下干燥至恒重。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术是一种采用原子转移自由基聚合和“点击化学”相结合制备多重响应性水凝胶；(2)本专利技术可以解决现有技术中存在多重响应性水凝胶结构不规整容易破损，限制水凝胶在生物医用材料中的应用。附图说明图1是具有规整结构的多重响应性水凝胶示意图具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，包括以下步骤：1.季戊四醇与溴代异丁酰溴的反应摩尔比1:4溶于二氯甲烷(反应浓度为50％)，反应温度为25℃，反应时间48小时，反应结束后,混合液过滤去除生成的盐,然后用5％的NaHCO3溶液洗涤三次，有机相用无水硫酸镁干燥过夜，用旋转蒸发仪去除二氯甲烷，最后，粗产物在乙醇中重结晶三次，常温真空干燥过夜；2.丙烯酸叔丁酯：四官能度ATRP引发剂：溴化亚酮：N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺的摩尔比为200：1：1：1溶于甲苯，在氮气保护下，60℃的油浴中反应，反应12小时。反应结束后，将反应液在二氯甲烷中稀释，用200目中性氧化铝去除铜催化剂。聚合物用旋转蒸发仪浓缩后，溶于四氢呋喃，并在甲醇/水(体积比：1/1)中沉淀，重复三次去除为反应的单体，将聚合物过滤，室温真空干燥过夜。3.四臂聚丙烯酸叔丁酯溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中(反应浓度为0.01mol/L)，加入叠氮化钠(反应浓度为0.08mol/L)反应温度为30℃，反应时间24小时，带反应结束后，将N,N-二甲基甲酰胺溶剂通过减压蒸馏去除，并将聚合物溶于100mL二氯甲烷中，用中性氧化铝去除剩余的叠氮化钠。最后，聚合物溶液中的二氯甲烷用旋转蒸发仪去除，溶于四氢呋喃，并在醇/水(体积比：1/1)中沉淀，重复三次去除为反应的单体，将聚合物过滤，干燥24小时。4.四臂聚乙二醇(分子量4000)溶于四氢呋喃中(反应浓度为0.04mol/L)，炔丙基溴(反应浓度为0.16mol/L)，氢化钠(反应浓度为0.6mol/L)加入到聚合物溶液中，在室温下反应24小时。反应结束后，聚合物溶液用中性氧化铝柱子去除氢化钠以及副产物盐。最后用旋转蒸发仪去除四氢呋喃得到产物。5.带有炔基官能团的四臂聚乙二醇和带有叠氮官能团的四臂聚丙烯酸叔丁酯，溴化亚铜和N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺以摩尔比(1:1:4:4)溶于1,4-二氧六环(反应浓度为20％)溶于装有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，其特征包括以下步骤：(1)制备四官能度ATRP引发剂；(2)采用原子转移自由基聚合制备具有不同分子量的四臂聚丙烯酸叔丁酯；(3)将聚丙烯酸叔丁酯末端含溴官能团进行叠氮化改性；(4)合成末端带有炔基官能团的多臂聚乙二醇；(5)将末端含有叠氮官能团的聚丙烯酸叔丁酯和末端带有炔基官能团采用叠氮‑炔环加成“点击化学”反应交联制备聚乙二醇‑聚丙烯酸叔丁酯水凝胶。(6)将制得的聚丙烯酸叔丁酯‑聚乙二醇水凝胶用三氟乙酸酸化处理，制得聚丙烯酸‑聚乙二醇多重响应性水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，其特征包括以下步骤：(1)制备四官能度ATRP引发剂；(2)采用原子转移自由基聚合制备具有不同分子量的四臂聚丙烯酸叔丁酯；(3)将聚丙烯酸叔丁酯末端含溴官能团进行叠氮化改性；(4)合成末端带有炔基官能团的多臂聚乙二醇；(5)将末端含有叠氮官能团的聚丙烯酸叔丁酯和末端带有炔基官能团采用叠氮-炔环加成“点击化学”反应交联制备聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯水凝胶。(6)将制得的聚丙烯酸叔丁酯-聚乙二醇水凝胶用三氟乙酸酸化处理，制得聚丙烯酸-聚乙二醇多重响应性水凝胶。2.根据权利要求1所述，一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，其特征在于步骤(1)中所使用的反应溶剂为二氯甲烷，反应温度为25℃，反应时间48小时，季戊四醇与溴代异丁酰溴的反应摩尔比1/4(反应浓度为50％)，反应结束后,混合液过滤去除生成的盐,然后用5％的NaHCO3溶液洗涤三次，有机相用无水硫酸镁干燥过夜，用旋转蒸发仪去除二氯甲烷，最后，粗产物在乙醇中重结晶三次，常温真空干燥。3.根据权利要求1所述，一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，其特征在于：步骤(2)中所使用的反应溶剂为甲苯，丙烯酸叔丁酯：四官能度ATRP引发剂：溴化亚酮：N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺的摩尔比为400-200：1：1：1，在氮气保护下，60℃的油浴中反应，反应12-48小时。反应结束后，将反应液在二氯甲烷中稀释，用200目中性氧化铝去除铜催化剂。聚合物用旋转蒸发仪浓缩后，溶于四氢呋喃，并在甲醇/水(体积比：1/1)中沉淀，重复三次去除为反应的单体，将聚合物过滤，室温真空干燥。4.根据权利要求1所述，一种制备规整结构的多重响应性水凝胶的方法，其特征在于步骤(3)将四臂聚丙烯酸叔丁酯溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中(反应浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，周俊涛，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32