一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于智能水凝胶领域，具体涉及一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶及其制备方法和应用，其结构为：聚乙烯醇交联氧化石墨烯形成三维交联的网络结构，三维交联的网络结构内堆垛鸟苷四连体/血晶素复合物形成三维交联的网络体系，三维交联的网络体系内填充水。其制备方法为：聚乙烯醇与氧化石墨烯自组装形成水凝胶前驱体，水凝胶前驱体与鸟苷四连体/血晶素复合物自组装形成水凝胶。该水凝胶具有对pH与H2O2的双重瞬时敏感响应特性，并可自主循环连续响应，又无需再生，可用于制备药物载体、传感器和分子开关，应用前景广阔。

A pH/H_2O_2 Dual Sensitive Intelligent Hydrogel and Its Preparation and Application

The invention belongs to the field of intelligent hydrogel, and specifically relates to a pH/H2O2 dual-sensitivity intelligent hydrogel and its preparation method and application. The structure of the intelligent hydrogel is as follows: polyvinyl alcohol crosslinked graphene oxide forms a three-dimensional cross-linking network structure, guanosine tetrad/hemoglobin complex is stacked in the three-dimensional cross-linking network structure to form a three-dimensional cross-linking network system, and the three-dimensional cross-linking network system is filled in. Water filling. The preparation method comprises the following steps: self-assembly of polyvinyl alcohol and graphene oxide to form hydrogel precursor, self-assembly of hydrogel precursor and guanosine tetrad/hematocrin complex to form hydrogel. The hydrogel has dual instantaneous sensitive response characteristics to pH and H_2O_2, and can respond continuously and autonomously without regeneration. It can be used to prepare drug carriers, sensors and molecular switches, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于智能水凝胶领域，具体涉及一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶及其制备方法和应用，该智能水凝胶可快速实现溶液→凝胶→溶液→凝胶的不断转变。
技术介绍
高分子水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成遇水膨胀的交联聚合物，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，吸收大量的水。高分子水凝胶90％以上是水，高度化学交联的高分子网络体系亲水性好但不溶于水。生物水凝胶多数通过氢键或范德华力等物理作用交联构成三维网状结构，可在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解。高分子水凝胶与生物水凝胶结合制备的智能水凝胶能感知环境(如温度、pH、葡萄糖、电、光、压力等)的微小变化而发生可逆性体积相变或“溶液相-凝胶相”相变，进而实现对人体病灶部位温度、pH、化学或生物物质等环境信息变化的感知，并进行药物的定点、定时、定量释放。近年来，随着高分子科学与生物医学交叉研究的迅猛发展，越来越多的研究人员利用智能水凝胶作为药物载体，研究药物的定点、定时、定量释放，从而达到治疗疾病的目的。水凝胶的响应速率是评价其性能的最重要参数之一，但传统水凝胶的响应速率慢，大大限制了其在药物控释、传输等生物医学领域的应用。因此，提高智能水凝胶的给药响应速率越来越受到重视，已成为智能水凝胶研究的一大热点。增加智能水凝胶的孔隙率，是目前最常见的提高其给药响应速率的方法。水凝胶的孔隙从多孔→大孔→超孔的发展可提高其响应速率，对药物特别是大分子药物如蛋白质、多肽药物的给药响应加快，但无论多大的孔隙其从表壁到内部中心的流通仍较困难，远远不能做到瞬时响应。因此，通过对温度、pH、化学或生物物质等环境信息变化的感知，瞬时实现水凝胶可逆性体积相变或“溶液相-凝胶相”循环连续相变，以满足实时、定点、定量或定时的生物医学要求，仍是智能水凝胶领域的热点研究问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，具有对pH与H2O2的双重敏感响应特性，响应速率快，并可自主循环连续响应，又无需再生。本专利技术还提供一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶的制备方法，步骤简单，操作易控，成本低廉，绿色无污染，工业化应用前景广阔。一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，聚乙烯醇物理交联氧化石墨烯形成三维交联的网络结构，三维交联的网络结构内堆垛鸟苷四连体/血晶素复合物形成三维交联的网络体系，三维交联的网络体系内填充水。具体地，通过氢键和π-π堆垛键等作用力物理交联聚乙烯醇与氧化石墨烯形成三维交联的网络结构，鸟苷四连体/血晶素复合物通过氢键作用力堆垛于三维交联的网络结构内形成三维交联的网络体系，三维交联的网络体系内填充水。pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，在pH增大至pH≧8时，主要由氢键自组装形成的三维交联的网络体系不断瓦解，水凝胶由凝胶相转变为溶液相，转变为溶液相后实现对药物(特别是大分子药物)的瞬时响应；在pH减小至pH≦5时，氢键可再次自组装形成三维交联的网络体系，水凝胶由溶液相重新转变为凝胶相。随pH改变，pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶的“凝胶相→溶液相→凝胶相”转变过程可循环连续响应，且无需再生。pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶具有与过氧化物酶相似的催化活性，制备的类过氧化酶或过氧化酶模拟酶，催化过氧化物(尤其是过氧化氢)作为电子受体、显色指示剂(如3,3',5,5'-四甲基联苯胺，TMB)作为电子供体的恒比例氧化还原反应。一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶的制备方法，步骤包括：a.聚乙烯醇水溶液与氧化石墨烯水溶液混匀，自组装形成水凝胶前驱体溶液；b.水凝胶前驱体溶液与鸟苷四连体/血晶素复合物溶液混匀，自组装形成水凝胶。步骤a的自组装体系中，聚乙烯醇的质量浓度为2～3mg/mL，优选为2.4～2.8mg/mL，更优选为2.6～2.8mg/mL；聚乙烯醇与氧化石墨烯的质量比为1：1.5～2.5，优选为1：1.7～2，更优选为1：1.8～1.85。步骤b，水凝胶前驱体溶液与鸟苷四连体/血晶素复合物溶液混合后，先充分震荡，再超声自组装。超声时间为15～45min，优选为20～30min。步骤b的自组装体系中，聚乙烯醇的质量浓度为2～3mg/mL，优选为2.3～2.6mg/mL，更优选为2.5～2.6mg/mL；聚乙烯醇与氧化石墨烯的质量比为1：1.5～2.5，优选为1：1.7～2，更优选为1：1.8～1.85；聚乙烯醇与鸟苷的质量比为1.3～2：1，优选为1.4～1.75：1，更优选为1.5～1.65：1；鸟苷与血晶素的质量比为430～500：1，优选为435～480：1。步骤b，鸟苷四连体/血晶素复合物溶液的制备包括以下步骤：(1)鸟苷均匀分散于硼酸水溶液中，形成鸟苷乳液；(2)鸟苷乳液中加入血晶素及氢氧化钾或氢氧化钾水溶液，制备鸟苷四连体/血晶素复合物溶液。步骤(1)，硼酸水溶液中硼酸的质量浓度为5.5～7mg/mL，优选为6～6.5mg/mL，更优选为6mg/mL。步骤(1)，鸟苷乳液中，鸟苷的质量浓度为50～65mg/mL，优选55～60mg/mL，更优选为56～58mg/mL；鸟苷与硼酸的质量比为8.5～10：1，优选为9～9.5：1，更优选为9.2～9.4：1。步骤(1)，鸟苷乳液与硼酸水溶液先混合，充分震荡后超声，使鸟苷均匀分散于硼酸水溶液中，形成鸟苷乳液。超声时间为2～10min，优选为2～3min。步骤(2)的反应体系中，鸟苷的质量浓度为25～32.5mg/mL，优选为22～30mg/mL，更优选为28～29mg/mL；鸟苷与血晶素的质量比为430～500：1，优选为435～480：1；鸟苷与硼酸的质量比为8.5～10：1，优选为9～9.5：1；鸟苷与氢氧化钾的质量比为9～11：1，优选为9.5～10.5：1，更优选为10：1。具体地，步骤(2)，85℃～95℃条件下，优选90℃条件下，鸟苷乳液先加入氢氧化钾或氢氧化钾水溶液，再加入血晶素。鸟苷乳液加入氢氧化钾或氢氧化钾水溶液，待充分搅拌至溶液透明，再加入血晶素。本申请采用两步法制备鸟苷四连体/血晶素复合物：(1)鸟苷与硼酸反应生成硼酸二酯结构的鸟苷乳液；(2)鸟苷乳液再在钾离子作用下生成鸟苷四连体，并负载血晶素。采用两步法替代现有的一步法，避免硼酸与钾离子之间作用对鸟苷四连体生成的影响，提高鸟苷四连体/血晶素复合物的产率，且结构稳定，提升鸟苷四连体/血晶素复合物的储能模量。聚乙烯醇与氧化石墨烯间利用氢键和π-π堆垛键等作用力形成三维交联的网络状水凝胶前驱体，通过氢键将作为改性剂的鸟苷四连体/血晶素复合物堆垛于三维交联的网络状结构内部，形成三维交联的网络体系。鸟苷四连体/血晶素复合物作为生物水凝胶，鸟苷四连体/血晶素复合物的加入使得随氢键的破坏与复位而产生的相转变得更加容易，提高相转变响应速率。pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，在pH增大至pH≧8时，主要由氢键自组装形成的三维交联的网络体系不断瓦解，水凝胶由凝胶相转变为溶液相，转变为溶液相后实现对药物(特别是蛋白质、多肽等大分子药物)的瞬时响应；在pH减小至pH≦5时，氢键可重新复位自组装形成三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，其特征在于，聚乙烯醇交联氧化石墨烯形成三维交联的网络结构，三维交联的网络结构内堆垛鸟苷四连体/血晶素复合物形成三维交联的网络体系，三维交联的网络体系内填充水。

【技术特征摘要】
1.一种pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶，其特征在于，聚乙烯醇交联氧化石墨烯形成三维交联的网络结构，三维交联的网络结构内堆垛鸟苷四连体/血晶素复合物形成三维交联的网络体系，三维交联的网络体系内填充水。2.权利要求1所述pH/H2O2双重敏感性智能水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤包括：a.聚乙烯醇水溶液与氧化石墨烯水溶液混匀，自组装形成水凝胶前驱体溶液；b.水凝胶前驱体溶液与鸟苷四连体/血晶素复合物溶液混匀，自组装形成水凝胶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a的自组装体系中，聚乙烯醇的质量浓度为2～3mg/mL，聚乙烯醇与氧化石墨烯的质量比为1：1.5～2.5。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b的自组装体系中，聚乙烯醇的质量浓度为2～3mg/mL，聚乙烯醇与氧化石墨烯的质量比为1：1.5～2.5，聚乙烯醇与鸟苷的质量比为1.3～2：1，鸟苷与血晶素的质量比为430～500：1。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b，鸟苷四连体/血晶素复合物溶液的制备包括以下步骤：(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳星，鲁娜，张敏，张锐，曾彩霞，史雪荣，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31