高强度光敏感水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了高强度光敏感水凝胶的制备方法，由聚乙二醇甲基丙烯酸酯，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和带有螺吡喃结构的含双键单体通过自由基聚合共聚而成，将这三种单体和引发剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发它们分子上的不饱和键，通过自由基聚合反应制备出水凝胶。用本发明专利技术制备方法制得的光敏感性水凝胶具有较高的抗拉伸和抗压缩能力，具有良好的生物相容性。

【技术实现步骤摘要】
高强度光敏感水凝胶的制备方法本专利技术申请是母案申请“高强度光敏感水凝胶及其制备方法和应用”的分案申请，母案申请号为201310473943.1，申请日为2013年10月11日。
本专利技术高分子水凝胶
，更加具体地说，涉及具有脱附细胞能力和转基因功效的高强度水凝胶的制备，即聚乙二醇甲基丙烯酸酯-共聚-2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪-共聚-含螺吡喃单体共聚物(PEGMA-co-PVDT-co-PSP)水凝胶的制备以及对其应用的研究。
技术介绍
高分子水凝胶是一类具有较高的水含量并且在吸水后能够保持原有结构而不被溶解的三维网状聚合物，因其特征类似于软组织且生物相容性良好，因而在生物医学工程领域具有重要的应用价值。但是，对于传统水凝胶，凝胶中的水分子对高分子网络的稀释作用、交联点无序性分布和链节长短不一，以及在成胶过程中交联网络的不均一性造成水凝胶的力学性能很弱，难以用于承受较高载荷的软组织替代，甚至在移动过程中镊子等器物的触动也很容易使凝胶破损，因此限制了其作为生物材料的应用。近年来，科研人员在解决水凝胶较差的力学性能这一问题中取得了重要的进展，提出了许多构筑高强水凝胶的新观点、方法和制造技术。例如双网络(DN)凝胶(J.P.Gong,Y.Katsuyama,T.Kurokawa,Y.Osada,Double-NetworkHydrogelswithExtremelyHighMechanicalStrength.Adv.Mater.15(2003)1155-1158)、大分子微球复合凝胶(MMC)、纳米复合材料凝胶(NC)、环滑凝胶(TP)、四臂-聚乙二醇凝胶和偶极-偶极增强凝胶等。这些文献报道的技术主要是致力于增强水凝胶的强度，如拉伸、压缩、延展性和断裂能等。最近，我们课题组报道了一系列基于二氨基三嗪氢键的高强度凝胶(L.Tang,W.Liu,G.Liu,High-StrengthHydrogelswithIntegratedFunctionsofH‐bondingandThermoresponsiveSurface-MediatedReverseTransfectionandCellDetachmentAdv.Mater.22(2010)2652-2656)。其优异的力学强度源于凝胶本体中二氨基三嗪基团之间形成的刚性超分子六元环结构的氢键；同时，凝胶表面的二氨基三嗪可与DNA的碱基对形成氢键从而锚固DNA，这样可实现表面介导的反向转染或基质介导的转染。已有文献报道(Z.Cao,W.Liu,D.Liang,G.Guo,J.Zhang,DesignofPoly(vinyldiaminotriazine)-BasedNonviralVectorsviaSpecificHydrogenBondingwithNucleicAcidBasePairs.Adv.Funct.Mater.17(2007)246-252)线性聚2-乙烯基-4，6-二氨基，1，3，5-三嗪(PVDT)可以与质粒DNA形成复合物(PVDT/pDNA)在细胞内实现有效的基因转染。通过PVDT与凝胶表面的二氨基三嗪残基之间的强氢键作用可将PVDT/pDNA复合物吸附在凝胶表面，可有效提高转染效率。
技术实现思路
基于以上技术背景，本专利技术的目的在于提供一种高强度光敏感型PEGMA-co-PVDT-co-PSP水凝胶及其制备方法和应用。该光敏感性水凝胶具有较高的抗拉伸和抗压缩能力，具有良好的生物相容性。并且该水凝胶具有吸附DNA转染细胞的能力以及通过光照调节细胞的贴附和脱贴附行为。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现：高强度光敏感水凝胶，由聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪(VDT)和带有螺吡喃结构的含双键单体(SP)通过自由基聚合共聚而成，将这三种单体和引发剂、交联剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发它们分子上的不饱和键，通过自由基聚合反应制备出水凝胶。在上述技术方案中，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯根据分子中聚乙二醇片段的大小，以调整其数均分子量，选择数均分子量300—800的低聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)，由于在引发自由基聚合后，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯分子中的双键被引发实现自由基聚合，最终形成水凝胶网络，故对作为初始原料使用的聚乙二醇甲基丙烯酸酯的分子量及其分布不做特意要求。在上述技术方案中，所述带有螺吡喃结构的含双键单体，命名为2-[1-丙烯酸-3’,3’-二甲基-6-硝基螺(吲哚-2’,2[2氢-1]苯并吡喃)酯]基丙烯酰胺；按照下述步骤进行制备：将羧基螺吡喃(化学命名为1-(β-羧乙基)-3’,3’-二甲基-6-硝基螺(吲哚-2’,2[2氢-1]苯并吡喃))、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺和4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶于四氢呋喃中，向其中滴加二环己基碳二亚胺(DCC)，于室温20—25℃下反应至少24小时，优选24—30小时；将得到的沉淀洗涤后溶于苯中并再次过滤，所得溶液加入正己烷中，经沉淀得到纯化的带有螺吡喃结构的含双键单体(SP)。其中所述羧基螺吡喃、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和二环己基碳二亚胺(DCC)的用量为等摩尔，即四个参与反应的物质的摩尔比为1：1：1：1。所述羧基螺吡喃按照下述步骤进行制备【羧基螺吡喃参考文献J.Chen,F.Zeng,S.Wu,J.Zhao,Q.Chen,Z.Tong,ReversiblefluorescencemodulationthroughenergytransferwithABCtriblockcopolymermicellesasscaffolds.Chem.Commun.43(2008)5580–5582.】：2,3,3-三甲基-3H-吲哚(0.06mol)和3-碘丙酸(0.06mol)溶于5ml甲基乙基酮，氮气保护下加热至100℃回流三小时。将上述反应所得季铵盐溶液溶于大量蒸馏水中，用1,2-二氯乙烷(DCE)反复洗涤溶液。蒸发掉水分，得到纯化的碘化l-(β-羧乙基)-2,3,3-三甲基-3H-吲哚。上述碘化物和等摩尔的5-硝基水杨醛、哌啶溶于5ml甲基乙基酮中加热回流三小时。反应所得红棕色溶液在室温下放置过夜，将产生的黄色结晶颗粒用甲醇反复洗涤得到纯化的含羧基的螺吡喃。制备上述本专利技术水凝胶的方法，按照下述步骤进行：将聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪(VDT)，带有螺吡喃结构的含双键单体(SP)和引发剂、交联剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发三种单体的不饱和键，在隔绝氧气的条件下通过自由基聚合反应制备出既可脱附细胞又可介导基因转染的水凝胶。在本专利技术的技术方案中，以(低)聚乙二醇甲基丙烯酸酯、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、含螺吡喃单体为共聚单体，以聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA，Mn＝575)作为交联剂。聚乙二醇二丙烯酸酯分子链中间为“氧－碳－碳－氧”单键相连的骨架结构(即聚乙二醇分子的主链结构—(CH2CH2O)n)，采用热源或者光源使引发剂提供自由基，再由自由基引发低聚乙二醇甲基丙烯酸酯、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪和含螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度光敏感水凝胶的制备方法，其特征在于，将聚乙二醇甲基丙烯酸酯，2‑乙烯基‑4，6‑二氨基‑1，3，5‑三嗪，带有螺吡喃结构的含双键单体和引发剂、交联剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发三种单体的不饱和键，在隔绝氧气的条件下通过自由基聚合反应制备出水凝胶；其中所述带有螺吡喃结构的含双键单体为2‑[1‑丙烯酸‑3’,3’‑二甲基‑6‑硝基螺(吲哚‑2’,2[2氢‑1]苯并吡喃)酯]基丙烯酰胺；所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯；所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯根据分子中聚乙二醇片段的大小，以调整其数均分子量，选择数均分子量300—800的低聚乙二醇甲基丙烯酸酯；所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯Mn＝575；制备凝胶时，2‑乙烯基‑4，6‑二氨基‑1，3，5‑三嗪和聚乙二醇甲基丙烯酸酯的质量比为(1‑3)：1，带有螺吡喃结构的含双键单体的质量为非光敏单体2‑乙烯基‑4，6‑二氨基‑1，3，5‑三嗪和聚乙二醇甲基丙烯酸酯总量的1％‑6％，交联剂与单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯，2‑乙烯基‑4，6‑二氨基‑1，3，5‑三嗪和带有螺吡喃结构的含双键单体质量总和的比为0.6‑0.7:1，引发剂的质量为聚乙二醇甲基丙烯酸酯、2‑乙烯基‑4，6‑二氨基‑1，3，5‑三嗪、带有螺吡喃结构的含双键单体与交联剂总质量的2％‑4％；所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜。...

【技术特征摘要】
1.高强度光敏感水凝胶的制备方法，其特征在于，将聚乙二醇甲基丙烯酸酯，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪，带有螺吡喃结构的含双键单体和引发剂、交联剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发三种单体的不饱和键，在隔绝氧气的条件下通过自由基聚合反应制备出水凝胶；其中所述带有螺吡喃结构的含双键单体为2-[1-丙烯酸-3’,3’-二甲基-6-硝基螺(吲哚-2’,2[2氢-1]苯并吡喃)酯]基丙烯酰胺；所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯；所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯根据分子中聚乙二醇片段的大小，以调整其数均分子量，选择数均分子量300—800的低聚乙二醇甲基丙烯酸酯；所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯Mn＝575；制备凝胶时，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和聚乙二醇甲基丙烯酸酯的质量比为(1-3)：1，带有螺吡喃结构的含双键单体的质量为非光敏单体2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和聚乙二醇甲基丙烯酸酯总量的1％-6％，交联剂与单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和带有螺吡喃结构的含双键单体质量总和的比为0.6-0.7:1，引发剂的质量为聚乙二醇甲基丙烯酸酯、2-乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文广，王宁，张金龙，孙亮，王朋延，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12