具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶及其制备方法。以质量份数计，该形状记水凝胶由6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应，然后对聚合物在‑18℃～60℃范围内进行变温处理得到。本发明专利技术水凝胶具有钙离子响应形状记忆性能，氧化还原响应形状记忆性能，以及二者的程序性双重响应形状记忆性能，具有良好的形状记忆性能，响应条件温和，生物相容性好，在生物工程等方面具有广阔的应用前景。

Shape memory hydrogel with dual response of calcium complexation and redox and preparation method thereof

The invention discloses a shape memory hydrogel with calcium ion complexation and redox reaction and a preparation method thereof. With mass fraction, the shape hydrogel is dissolved in 50~80 parts of water by 6~30 mercapto polysaccharides, 12~30 hydrophilic thermoplastic polymers, 0.12 to 5 phr and 0.01 to 0.08 initiators, and the polymerization of unsaturated bonds on the acrylate is induced by initiator, and then the polymer is at 18 to 60 degrees. The change of temperature in the enclosure was obtained. The hydrogel has the shape memory performance of calcium ion response to shape memory, redox response shape memory performance, and the program nature of the two responds to shape memory performance. It has good shape memory performance, mild response conditions, good biocompatibility, and has a broad application prospect in the biological engineering and other square masks.

【技术实现步骤摘要】
具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种水凝胶及其制备方法，更具体的说，涉及一种改性含羧基多糖、丙烯酸酯、亲水热塑性高分子的水凝胶及其制备方法，具有钙离子响应形状记忆性能，氧化还原响应形状记忆性能，并且能够实现以上双重的程序性响应以及形状记忆功能。
技术介绍
水凝胶是以水为分散介质，亲水性而又不溶于水的且能够吸收大量水分(通常含水量大于总质量的50％)具有交联结构的高分子聚合物材料。作为一种新型形状记忆聚合物，形状记忆水凝胶在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件(如热、电、光、化学感应等)的刺激，又可恢复其初始形状，具有良好的生物相容性，有利于环境保护和可持续发展。因此，形状记忆水凝胶在生物工程、医学、纺织品材料等很多领域具有一定的应用前景。但是，目前很多形状记忆水凝胶主要采用热诱导，通过结晶或者玻璃化转变来固定临时形状。但在实际应用中，温度过高会导致生物组织产生不可逆的损伤，因此需要开发新的形状记忆触发方式以适应不同领域的需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服热刺激响应水凝胶在生物应用中的不足，提供一种新的制备方法，合成响应条件温和、生物相容性好，具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶。超分子作用具有可逆性、动态性及刺激响应性强的特点，将超分子作用力引进形状记忆水凝胶，可以利用其对环境的刺激响应性和敏感性，在药物控释、组织架构等领域得到广泛的应用。在多种应用中，最重要的就是药物缓释方面的应用。如将不溶于水的药物、大分子药物、疫苗抗原等负载在形状记忆水凝胶中，然后通过调节水凝胶的结构，在一定的时刻、以合适的速度，将所需剂量的药物释放到人体特定器官或靶组织，甚至靶细胞，实现药物的控制释放。与传统的给药系统如片剂、注射剂、胶囊等相比，该给药方式优点在于：可以长时间维持恒定的血药浓度，避免频繁给药产生的血药浓度“峰谷”现象，降低了药物的毒副作用。本专利技术水凝胶通过钙离子络合或氧化还原作用实现形状记忆功能；或者是所述水凝胶依次通过钙离子络合和氧化还原作用实现形状记忆功能。也就是该形状记忆水凝胶能在Ca2+或氧化剂作用下固定成确定的形状，并能在还原剂或络合剂作用下恢复形状。由于该类水凝胶的双重响应形状记忆响应条件温和，生物相容性好，可应用于在人体内谷胱甘肽(GSH)等复杂环境作用下包覆药物的控制释放的智能化应用，因此该类水凝胶在生物工程等方面具有广阔的应用前景。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶，其特征在于，以质量份数计，由6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应，然后对聚合物在-18℃～60℃范围内进行变温处理得到；所述形状记忆水凝胶中的羧基能和钙离子试剂中的Ca2+发生络合作用，固定水凝胶临时形状，在络合剂的作用下螯合出钙离子，使水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶中的巯基能在氧化剂的作用生成双硫键固定水凝胶临时形状，然后在还原剂的作用下还原为巯基，水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶依次在钙离子试剂和氧化剂的作用下固定水凝胶临时形状，然后依次在还原剂和络合剂的作用下恢复成初始形状。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述含巯基的多糖是由含羧基多糖和含氨基的巯基小分子溶解在水中，在室温下，含羧基多糖上的羧基和含氨基的巯基小分子的氨基缩合形成酰胺反应得到；以质量份数计，含羧基多糖、含氨基的巯基小分子和水的质量比为10～25：10～40：40～70。优选地，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯和乙二醇二丙烯酸酯中的一种或两种；所述亲水热塑性高分子为聚乙烯醇、琼脂和明胶中的一种或多种。优选地，所述含羧基多糖为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和黄原胶中的一种或多种。优选地，所述含氨基的巯基小分子为巯基乙胺盐酸盐、3-巯基-1-丙胺、2-氨基苯硫酚和4-氨基苯硫酚中的一种或多种。优选地，所述引发剂为过硫酸铵和过硫酸钾的一种或两种。优选地，所述钙离子试剂为CaCl2、CaBr2和Ca(NO3)2中的一种或多种。优选地，所述络合剂为EDTA和Na2CO3中的一种或两种。优选地，所述氧化剂为H2O2、溴酸钠、溴酸钾和过硼酸钠中的一种或多种；所述还原剂为DTT和半胱氨酸中的一种或两种。所述的具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶的制备方法，其特征在于：将6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应；然后对聚合物在-18℃～60℃范围内进行变温处理，得到具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶。本专利技术将化学交联与物理交联相结合的方式，利用丙烯酸酯之间的化学交联和亲水热塑性高分子之间形成的氢键维持水凝胶的初始形状，通过含羧基多糖和钙离子之间络合作用以及动态双硫键的可逆性，制备具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶。本专利技术制备的水凝胶具有良好的生物相容性和双重形状记忆功能，在生物工程、医学等领域具有一定的应用前景。例如，在药物释放领域中，作为药物载体，通过改变条件使其发生形变，从而达到药物定点释放。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)本专利技术水凝胶由广泛存在于生命体中的二硫键化合物以及其他具有良好生物相容性的高分子物质构成，具有优异的生物相容性。同时，本水凝胶可以在人体细胞GSH水平下改变形状，控制药物释放，可被用作细胞内靶向可控释放的药物载体；2)本专利技术获得的水凝胶响应条件温和，在非热的条件下实现水凝胶的形状记忆功能，避免了温度过高对生物组织产生不可逆的损伤，有利于实际应用；3)本专利技术获得的水凝胶能实现双重响应形状记忆，对比单重响应形状记忆，具有更广泛的应用潜能。附图说明图1是本专利技术实施例1中改性海藻酸钠的核磁共振氢谱图。图2是实施例1的水凝胶的储能模量(G’)和耗散模量(G”)随角频率(ω)变化的曲线图。图3是实施例1的水凝胶在钙离子络合作用下实现形状记忆的过程示意图。图4是实施例1的水凝胶在氧化还原作用下实现形状记忆的过程示意图。图5是实施例1的水凝胶在钙离子络合作用和氧化还原程序性双重响应形状记忆的过程示意图。图6是实施例1所得水凝胶照片。图7是实施例1所得水凝胶性能测试图片。具体的施工方式为更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1将1g海藻酸钠，4ml水加入圆底烧瓶中，室温下搅拌溶解4h后，加入1.13g巯基乙胺盐酸盐，氮气排尽烧瓶里的空气，避光条件下搅拌24h，反应得到改性海藻酸钠。图1为核磁共振仪(IBCBrukerAvance400，德国)测定的改性海藻酸钠的核磁共振氢谱图。溶剂峰的对应位置为4.79ppm，化学位移4ppm左右的吸收峰为海藻酸钠上氢的吸收峰，化学位移在2.82ppm，2.90ppm处有两个吸收峰，且积分比为1:1，归属于巯基乙胺中亚甲基上氢的吸收峰，说明巯基乙胺成功得接枝到海藻酸钠上。将0.5g改性海藻酸钠、1g聚乙烯醇、0.01g乙二醇二甲基丙烯酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶，其特征在于，以质量份数计，由6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应，然后对聚合物在‑18℃～60℃范围内进行变温处理得到；所述形状记忆水凝胶中的羧基能和钙离子试剂中的Ca2+发生络合作用，固定水凝胶临时形状，在络合剂的作用下螯合出钙离子，使水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶中的巯基能在氧化剂的作用生成双硫键固定水凝胶临时形状，然后在还原剂的作用下还原为巯基，水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶依次在钙离子试剂和氧化剂的作用下固定水凝胶临时形状，然后依次在还原剂和络合剂的作用下恢复成初始形状。

【技术特征摘要】
1.具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶，其特征在于，以质量份数计，由6～30份含巯基的多糖、12～30份亲水热塑性高分子、0.12～5份丙烯酸酯、0.01～0.08份引发剂溶于50～80份水中，通过引发剂引发丙烯酸酯上的不饱和键发生聚合反应，然后对聚合物在-18℃～60℃范围内进行变温处理得到；所述形状记忆水凝胶中的羧基能和钙离子试剂中的Ca2+发生络合作用，固定水凝胶临时形状，在络合剂的作用下螯合出钙离子，使水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶中的巯基能在氧化剂的作用生成双硫键固定水凝胶临时形状，然后在还原剂的作用下还原为巯基，水凝胶恢复到初始形状；所述形状记忆水凝胶依次在钙离子试剂和氧化剂的作用下固定水凝胶临时形状，然后依次在还原剂和络合剂的作用下恢复成初始形状。2.根据权利要求1所述的具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶，其特征在于，所述含巯基的多糖是由含羧基多糖和含氨基的巯基小分子溶解在水中，在室温下，含羧基多糖上的羧基和含氨基的巯基小分子的氨基缩合形成酰胺反应得到；以质量份数计，含羧基多糖、含氨基的巯基小分子和水的质量比为10～25：10～40：40～70。3.根据权利要求1所述的具有钙离子络合和氧化还原双重响应的形状记忆水凝胶，其特征在于，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯和乙二醇二丙烯酸酯中的一种或两种；所述亲水热塑性高分子为聚乙烯醇、琼脂和明胶中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的具有钙离子络合和氧化还原双重响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：文秀芳，唐林雅，皮丕辉，徐守萍，程江，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44