一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法，该水凝胶包括两种相互穿插的网络，一种是丙烯酰胺基苯硼酸AAPBA的聚合物网络，另一种是壳聚糖CS交联网络。所述水凝胶可降低PBA的pKa，在生理pH下对葡萄糖有很好的响应强度和响应速率，相对于无CS交联网络的凝胶，溶胀时间缩短，溶胀度提高，且互穿网络结构提高了水凝胶的机械强度。所述水凝胶的制备方法简单，反应条件温和，适于工业化生产。

Glucose sensitive interpenetrating polymer network hydrogel and its preparation method

The present invention discloses a glucose sensitive fully interpenetrating network hydrogel and its preparation method. The hydrogel includes two interpenetrating networks, one is a polymer network of acrylamide based benzyl boric acid AAPBA, and the other is a chitosan CS crosslinking network. The hydrogels can reduce the pKa of PBA, and have good response strength and response rate to glucose under physiological pH. Compared with the gel without CS crosslinking network, the swelling time is shortened and the swelling degree is improved, and the interpenetrating network structure improves the mechanical strength of the hydrogel. The hydrogel has simple preparation method, mild reaction conditions and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法
本专利技术属于医用高分子材料领域，具体涉及到一种葡萄糖敏感型水凝胶及其制备方法。
技术介绍
糖尿病是一种常见的慢性新陈代谢紊乱疾病，需要精确地监测人体血糖水平以调整胰岛素用量，来控制患者的血糖浓度。只有对血糖连续测量才可以有效控制胰岛素的用量，避免低血糖症的发生。连续实时血糖检测仪以及自我调节的胰岛素释放体系是控制血糖波动的利器。葡萄糖响应型水凝胶在这两项技术的研究中都扮演着核心的角色，可以对体系的葡萄糖浓度进行监控并自动给出响应，释放负载的胰岛素，实现对糖尿病患者血糖浓度智能调控。葡萄糖响应型水凝胶以苯硼酸基团(PBA)作为识别元素，具有稳定性好、毒性低、没有免疫排斥等优点。PBA及其衍生物在水中存在未电离的疏水硼酸基和电离的亲水硼负离子，电离后的硼负离子很容易和葡萄糖等含有邻二醇的物质通过可逆共价键结合，并形成更加亲水的硼酸盐，使凝胶内部离子强度增大，体系内外产生渗透压差引起凝胶溶胀，水凝胶的溶胀特性随着葡萄糖浓度的变化而给出易检测的相应。但是PBA的pKa(8.6)比生理pH高，pH7.4时大部分PBA处于未电离状态，与葡萄糖的结合力很弱，响应性很低。目前解决这一问题主要通过(1)合成具有较低pKa的PBA衍生物，但合成过程往往复杂昂贵，产率较低。(2)在PBA聚合物链上引入氨基，邻近的氨基会与硼原子发生配位，降低PBA的pKa，但在侧基上的氨基并不能完全裸露，重现性不高。壳聚糖(CS)是自然界唯一的碱性多糖，分子链上含有大量的氨基，可以和硼原子结合成配合物。采用互穿网络技术，将含PBA共聚物与CS形成互穿网络结构(IPN)水凝胶。CS的氨基与共聚物分子链上的硼酸配位，形成硼负离子，从而提高含PBA水凝胶在生理环境下对葡萄糖的响应性。
技术实现思路
本专利技术采用互穿网络技术，将基于丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)的共聚物与壳聚糖CS交联物形成基于PBA的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶。所述水凝胶为一种生理条件下对葡萄糖敏感的水凝胶，本专利技术还涉及一种反应条件温和、合成路线简便的温敏水凝胶制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现。一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。本专利技术的进一步改进在于：酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％。第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷。一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)称取壳聚糖粉末溶于水或乙酸溶液中，形成壳聚糖溶液；(2)将丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类、第三单体、第一交联剂与加速剂加入至壳聚糖溶液中，然后加入磁子磁力搅拌10min；(3)将引发剂与第二交联剂加入至步骤(2)所得的溶液中，然后磁力搅拌20min，取出磁子，常温静置溶液，制得葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶；由此方法制得的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。步骤(1)中壳聚糖的分子量为10万-40万，壳聚糖溶液的质量浓度为2％-5％；步骤(1)中若将壳聚糖溶于水中，则溶解后直接使用，若将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，溶解后进行磁力搅拌。步骤(2)中丙烯酰胺基硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％；酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；加速剂选用四甲基二胺。步骤(3)中引发剂的质量为三种单体质量和的0.03％-3％，引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷；取出磁子后，常温静置溶液24小时。一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶在检测葡萄糖含量与胰岛素释放系统中的应用。相对于现有技术，本专利技术有以下有益效果：本专利技术公开了一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法。所述水凝胶包括两种相互穿插的网络，一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸AAPBA的聚合物网络，另一种是壳聚糖CS交联网络。所述水凝胶可降低PBA的pKa，在生理pH下对葡萄糖有很好的响应强度和响应速率。将添加CS交联网络制得的水凝胶与未添加CS交联网络的凝胶进行最大溶胀度与达到最大溶胀度时间测定，结果发现添加CS交联网络的水凝胶最大溶胀度可达到9.6％，达到最大溶胀度的时间为260min左右；而未添加CS交联网络的凝胶最大溶胀度为3％，达到最大溶胀度的时间为360min左右，因此添加CS交联网络制得的水凝胶溶胀时间缩短，溶胀度提高，且互穿网络结构提高了水凝胶的机械强度。进一步的，本专利技术制备葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法采用同时聚合互穿网络方法，制备方法简单，反应条件温和，适于工业化生产，且该方法可以通过改变制备过程中单体之间的比例与CS的浓度改变凝胶对葡萄糖的响应程度。进一步的，将本专利技术水凝胶应用在葡萄糖检测以及自我调节的胰岛素释放系统中，可提高水凝胶葡萄糖浓度的响应强度和响应速率，使得自我调节的胰岛素释放体系快速给出响应，释放负载的胰岛素，减少血液中的血糖。【附图说明】图1为基于AAPBA的聚合物合成图(注：图中R1-R4可以是H,CH3，CH2CH3；X可以是O或N)；图2为CS和戊二醛醛基(GA)的交联反应；图3为基于AAPBA聚合物与CS交联网络互穿网络示意图；图4为全互穿网络水凝胶对葡萄糖响应的示意图；图5为P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-GA的FTIR谱图；图6为P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA的FTIR谱图；图7为不同CS含量的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA凝胶在pH＝7.3，(20mmol/l)的溶胀曲线；图8含CS(2％)的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA水凝胶在pH＝7.3的不同葡萄糖溶液中的溶胀曲线；图9含CS(3％)的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA水凝胶在pH＝7.3的不同葡萄糖溶液中的溶胀曲线。【具体实施方式】本专利技术涉及一种生理条件下对葡萄糖敏感的水凝胶，以及一种反应条件温和、合成路线简便的温敏水凝胶制备方法。通过基于丙烯酰胺基苯硼酸(AA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5‑20)：(0‑30)：(50‑95)；壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。

【技术特征摘要】
1.一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。2.根据权利要求1所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％。3.根据权利要求1所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷。4.一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取壳聚糖粉末溶于水或乙酸溶液中，形成壳聚糖溶液；(2)将丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类、第三单体、第一交联剂与加速剂加入至壳聚糖溶液中，然后加入磁子磁力搅拌10min；(3)将引发剂与第二交联剂加入至步骤(2)所得的溶液中，然后磁力搅拌20min，取出磁子，常温静置溶液，制得葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶；由此方法制得的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝红，王君，王婷，董广利，魏培贺，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61