一种应用低场核磁共振技术测定凝胶化时间的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用低场核磁共振技术测定凝胶化时间的方法，包括以下步骤:采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列测定在特定温度下加热不同时间的水凝胶的核磁共振衰减曲线，并采用多指数方程进行拟合，获得T2分布曲线；计算每个时间点凝胶内部水对应的T2分布峰的加权平均值，绘制T2值随时间t变化的曲线；使用双线型回归模型对T2-t曲线进行拟合，确定体系的溶液-凝胶转变点，并得到凝胶化时间。本发明专利技术提供了一种简单快速无损的测定凝胶化时间的新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种应用低场核磁共振技术测定凝胶化时间的方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种应用低场核磁共振弛豫技术测定温敏水凝胶凝胶化时间的方法。
技术介绍
温度敏感型水凝胶具有能够在环境温度刺激下发生溶液-凝胶转换的特性，这种环境响应性使其在生物医药，生物技术等领域具有很好的应用前景，尤其适合作为可注射的原位水凝胶药物释放载体。温敏水凝胶的凝胶化温度和胶凝时间是决定其能否成为合适的体温敏感型水凝胶的关键性因素，因此温敏水凝胶凝胶化特性的表征对于其应用十分重要。温敏水凝胶体系在室温下粘度较低，能够保持较好的流动状态，当环境温度上升到体温时，聚合物链之间的疏水作用增强，溶液的粘度剧烈增加，聚合物链的聚集使整个体系固化成为凝胶。这种温敏型体系已被广泛用于多种蛋白、多肽和小分子药物的控制释放，并且表现出了较好的持续释放效果。常用来表征温敏水凝胶凝胶化时间的方法有反转试管法，差示扫描量热法(DSC)和流变学方法。但这些方法都存在一些缺点，如反转试管法的结果容易受主观影响，DSC法不适用于凝胶化过程中热效应较弱的凝胶，而流变法中由粘性模量和弹性模量相等而得到的胶凝点可能是频率依赖性的，会出现一些错误。水凝胶中含有大量的水分，并且在由溶液向凝胶转变的过程中，溶液粘度的变化、聚合物链的聚集和凝胶三维网络的行成都涉及到体系中水分子活动性的变化，因此可以通过水分子活动性的变化来对凝胶化过程进行表征。低场核磁共振法由于工作频率低，不能区分不同质子的化学位移，但是可以通过弛豫时间来反映样本的特征，可以通过水分子的活动来揭示内部的变化。所以，可以将低场核磁共振技术引入温敏水凝胶凝胶化过程的表征，建立一种新的表征方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的应用低场核磁共振技术测定温敏水凝胶凝胶化时间的方法。本专利技术提出的应用低场核磁共振技术测定温敏水凝胶凝胶化时间的方法，具体步骤如下：1)对水凝胶体系在不同温度下的凝胶化过程进行低场核磁测定，得到不同时间点水凝胶的横向弛豫时间T2的曲线；2)计算T2曲线的峰的加权平均值，得到T2值随时间变化的曲线；3)然后选用双线性回归模型对此曲线进行拟合，确定胶凝点和胶凝时间。优选的，所述水凝胶体系为温敏水凝胶体系。优选的，所述步骤1)中凝胶化时间小于20min的水凝胶，凝胶化阶段，取样的时间间隔在2-3min，胶凝后测定的时间间隔为10-20min；凝胶化时间为大于20min的水凝胶，凝胶化阶段，取样的时间间隔在5-10min，胶凝后测定的时间间隔为10-20min。优选的，步骤1)使用MultiExpInvAnalysis软件对衰减曲线进行反演，从而得到T2的分布曲线。本专利技术中，步骤(2)中会在T2分布曲线上观察到两个峰，分别代表与聚合物链紧密结合的水(10ms附近，T2b)和被束缚在聚合物网络中的水(100-1000ms之间,T21)，其中T2b的峰面积很小，且随凝胶化过程的进行没有明显变化，而T21在凝胶化过程中有规律性的变化，所以主要对T21进行研究。优选的，所述判断聚合物网络内水对应的T21峰为T2分布曲线中100ms-1000ms之间的峰。优选的，步骤2)中通过计算每个时间点T21峰的加权平均值来绘制T21值随时间变化的曲线，T21加权平均值的计算公式为T21＝Σ(xi*Ai/At)，其中xi和Ai分别为T21中每个点的横纵坐标，At为曲线中各个点的纵坐标的总和，所述曲线为L形的曲线，该曲线包括一个拐点，该拐点两端均近似于直线。本专利技术中，步骤(3)中胶凝点和胶凝时间的判断方法为：对T21随时间变化的“L”型曲线进行拟合，在一定时间范围为选取固定数量的时间点，分别对近似直线的两段进行线性拟合，拟合得到的两条直线有一个交点，这个交点就是胶凝点，其对应的横坐标就是胶凝时间。相对于传统的方法，本专利技术所述的方法具有快速准确、非侵入无损害的优势。传统的流变学方法需要对凝胶施加旋转剪切，可能会破坏水凝胶的结构和性质，尤其是一些机械强度较弱的水凝胶。而传统的倒转试管法无法表征凝胶化的完整过程，只能根据体系流动性判断。本专利技术所述的方法中，T2弛豫时间对凝胶化过程中水分子运动型的变化非常敏感，通过简单快速的测量就可以得到表征凝胶化过程的完整曲线，胶凝点的判断简明快捷，重复性和稳定性都较好。更重要的是，此方法不会对整个体系产生任何影响，测定结果更接近于水凝胶的真实状态。因此，低场核磁共振法比其他方法具有更多的优势。附图说明图1为室温下测得的壳聚糖-甘油磷酸二钠温敏水凝胶(CS-GP)的T2曲线。图2为CS-GP在37℃下的T2曲线随加热时间的变化。图3为GP浓度为10％的CS-GP体系T21的加权平均值随时间变化的曲线以及通过对图2的曲线进行拟合得到的胶凝点。图4为GP含量不同的壳聚糖水凝胶的T2变化曲线。图5为测得的GP含量不同的水凝胶的凝胶化时间。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明实施例：壳聚糖-甘油磷酸二钠(CS-GP)温敏水凝胶凝胶化时间的测定实验材料：GP浓度为7％-11％的CS-GP体系。实验仪器：NMI20-Analyst，磁场强度大于0.05T，共振频率为2MHz-3MHz,磁极直径大于160mm,磁体温度控制在31.99-32.00℃。(1)样品制备：在冰浴和搅拌的条件下，向用0.1M盐酸溶解的2％壳聚糖溶液中缓慢滴加50％的GP，制备壳聚糖浓度1.6％。GP浓度为7％-11％的CS-GP温敏体系，测定pH值后于4℃保存备用。(2)样品在加热过程中T2图谱的测定：取2mlCS-GP溶液于底面直径为10mm的核磁管中，设置好仪器参数后先测定室温下CS-GP体系的T2图谱(图1)，然后将样品置于37℃水浴中加热，并在固定的时间点取出，测定核磁信号衰减曲线并进行反演，得到T2曲线。图2为含10％GP的CS-GP体系在37℃下T2图谱随时间的变化。随时间的延长，T21逐渐左移。(3)通过计算每个时间点T2曲线中T21峰的加权平均值，可以绘制T21随时间变化的曲线。对于每个样品，都在160min内取12个点作图，得到图2所示的曲线。(4)如图3所示，应用双线性回归模型对图2的曲线进行拟合，即对曲线拐点两端分别进行线性拟合，这两条直线有一个交点，这个交点就是胶凝点。胶凝点对应的横坐标就是凝胶化时间。(5)应用此方法，可以测定GP含量不同的CS-GP温敏体系的T2变化曲线，并可以得到对应的凝胶化时间。表1：以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用低场核磁共振弛豫技术测定凝胶化时间的方法，所述方法包括：1)对水凝胶体系在不同温度下的凝胶化过程进行低场核磁测定，得到不同时间点水凝胶的横向弛豫时间T2的曲线；2)计算T2曲线的峰的加权平均值，得到T2值随时间变化的曲线；3)然后选用双线性回归模型对此曲线进行拟合，确定胶凝点和胶凝时间。

【技术特征摘要】
1.一种应用低场核磁共振弛豫技术测定凝胶化时间的方法，其特征在于：所述方法包括：1）对水凝胶体系在不同温度下的凝胶化过程进行低场核磁测定，得到不同时间点水凝胶的横向弛豫时间T2的分布曲线；2）计算T2分布曲线的峰的加权平均值T21，得到T21值随时间变化的曲线；3）然后选用双线性回归模型对此曲线进行拟合，确定胶凝点和胶凝时间；所述步骤1）包括：采用CPMG序列测定水凝胶体系未加热前和在不同温度下加热不同时间的核磁共振信号衰减曲线，通过将核磁共振信号衰减曲线进行反演，获得T2的分布曲线；所述步骤2）包括：选取聚合物网络内的水对应的T2峰来计算的T2的加权平均值T21，并以此T21值对时间做图；所述T2的加权平均值T21按如下方式计算，T21=Σ(xi*Ai/At)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀男，李亚琼，陈超，赵大伟，苏志国，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11