基于功能化双网络的刺激响应水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了基于功能化双网络的刺激响应水凝胶及其制备方法和应用。以质量份数计，刺激响应水凝胶的原料组成为：1～5份含有氨基的烯丙基化高分子、10～50份丙烯酸衍生物、0.1～0.5份光引发剂、0.1～1份交联剂和100～400份水；原料发生聚合反应后产物在醛溶液中浸泡，再用去离子水浸泡，得到基于功能化双网络的刺激响应水凝胶。本发明专利技术制备的水凝胶具有可简易控制的分子开关‑席夫碱键，该水凝胶可对负载的药物提供有效保护，提高药物的累计释放量，延长药物累计释放时间，具有良好的载药性能，可控性强，在药物控释等方面具有广阔的应用前景。

Stimulus Response Hydrogel Based on Functionalized Dual-Network and Its Preparation and Application

The invention discloses a stimulus response hydrogel based on a functionalized dual network, a preparation method and application thereof. In terms of mass fraction, the raw materials of stimulus-responsive hydrogels consist of 1-5 copies of allylated polymers containing amino group, 10-50 copies of acrylic acid derivatives, 0.1-0.5 copies of photo-initiator, 0.1-1 copies of cross-linking agent and 100-400 copies of water. After the polymerization of raw materials, the products are soaked in aldehyde solution and then immersed in deionized water. Stimulation response hydrogel based on functionalized dual network. The hydrogel prepared by the invention has a simple and controllable molecular switch Schiff base bond. The hydrogel can effectively protect the loaded drug, improve the cumulative release amount of the drug, prolong the cumulative release time of the drug, has good drug loading performance, strong controllability, and has broad application prospects in drug controlled release, etc.

【技术实现步骤摘要】
基于功能化双网络的刺激响应水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术特别涉及一种刺激响应性的水凝胶，特别是涉及一种基于功能化双网络的刺激响应水凝胶及其制备方法和应用，属于生物材料

技术介绍
水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子材料，它具有亲水性，不溶于水，但能够吸收大量水分。作为一种智能的聚合物，刺激响应性的水凝胶可以对不同的外界条件(如：温度、pH值、磁场、电场、溶剂、光等)产生相应的结构或性能上的变化，故而，刺激响应性的水凝胶被广泛应用于药物传递、组织工程、记忆开关元件及生物传感器等领域。在药物控释方面，中国专利技术专利申请CN108434093A公开了一种用羧甲基壳聚糖和氧化葡萄糖制得具有席夫碱键的可注射水凝胶，该水凝胶主要通过药物浓度的梯度驱动来进行释放，没有将席夫碱键运用在控释过程。中国专利技术专利申请CN106492220A公开了一种介孔硅纳米粒子和透明质酸-壳聚糖基的复合水凝胶，通过包封法使得模型药物较好地储存在孔道内，并降低药物的扩散速率。为解决传递过程中药物不能定点作用的问题，中国专利技术专利申请CN104888229A公开了一种利用太阳光引发，制得单(6-琉基-6-去氧)-β-环糊精接枝的聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。但上述水凝胶的制备较为复杂，而且水凝胶的载药量较低，选择的模型药物实用性差，也不能满足药物在复杂条件下的高效释放，控释的条件有待提高。双氯酚酸钠(Diclofenacsodium)，化学名2-[(2,6-二氯苯基)氨基]-苯乙酸钠，是一种为强效解热镇痛消炎药，其消炎作用是吲哚美辛的2～2.5倍，较乙酰水杨酸强26～50倍。Dragan等(ACSAppliedMaterials&Interfaces，2016,8(19)，12018-12030)报道了一种能在胃环境和肠环境下控释双氯酚酸钠的互穿网水凝胶，该水凝胶通过甲基丙烯酸二甲氨乙酯和丙烯酰胺聚合而得，操作简单，且有着较高的累计释放率(约85％)。然而，水凝胶制备过程中使用四甲基乙二胺作促进剂，过硫酸铵作引发剂，该促进剂具有强神经毒性，且单体之一的丙烯酰胺具有遗传毒性和致癌性，故而，这种水凝胶往往具有潜在毒性。在药物释放过程中，水凝胶的累计释放时间最大为600分钟，且释放集中在200分钟左右，所以，这种没有可控开关的简单水凝胶药物缓释方面效果较差。当前有许多控释药物的水凝胶，但是这些水凝胶并没有涉及特殊的分子开关，其释放途径大都是改变离子相互作用以实现药物与水凝胶的分离，缺少分子开关的驱动；此外，天然高分子(如：壳聚糖、琼脂、纤维素等)和聚合物相结合的双网络水凝胶低毒、易得、成本低，但是，目前此类水凝胶并未设计功能化的双网络结构来负载或释放目标药物。在实际的药物释放体系中，缺少能灵活控制结构来实现药物定向输送的水凝胶，因此，需要开发一种具有特殊功能的双网络水凝胶以满足药物控释体系中简单控制、高效释放、定向释放、缓慢释放等具体需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服一般pH响应水凝胶在药物释放中的不足，设计具有控制药物释放的分子开关，提供一种安全性好，药物缓释上效果好，具有分子开关响应的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶及其制备方法，该制备过程以水为溶剂，反应条件温和，后处理简单，可操作性强。本专利技术的另一目的在于提供基于功能化双网络的刺激响应水凝胶的应用，在模拟肠环境的条件下该水凝胶对目标药物提供一定的保护，在模拟胃环境的条件下目标药物能与水凝胶有效分离，实现药物定向传输和高效释放，增加药物的累计释放量并延长其累计释放时间，使得该水凝胶能够成为优异的药物控释载体。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现:一种基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，以质量份数计，其原料组成为：1～5份含有氨基的烯丙基化高分子、10～50份丙烯酸衍生物、0.1～0.5份光引发剂、0.1～1份交联剂和100～400份水；原料发生聚合反应后产物在醛溶液中浸泡，再用去离子水浸泡，得到基于功能化双网络的刺激响应水凝胶；所述含有氨基的烯丙基化高分子是由烯丙基溴、三乙胺与含有氨基的高分子在丙酮中通过亲核取代反应得到；所述的含有氨基的高分子为壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚赖氨酸中的一种或多种；所述的光引发剂为2-氧代戊二酸、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的含有氨基的烯丙基化高分子的平均分子量为30～1000kDa，衍生物的取代度为5～15％。优选地，所述的交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N'-双(丙烯酰)胱胺和环氧氯丙烷中的一种或多种。优选地，所述的丙烯酸衍生物为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯酸二甲胺基乙酯、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸钠和丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。优选地，所述醛溶液的醛为乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛和α,ω-二醛基聚乙二醇中的一种或多种。优选地，所述的醛溶液的质量浓度为1～3％；所述的在醛溶液中浸泡的时间为1～6h。优选地，所述的用去离子水浸泡是用去离子水浸泡3天，每隔12h更换一次水。所述的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)含有氨基的烯丙基化高分子制备：以质量份数计，将0.1～1份烯丙基溴、1～5份三乙胺与1～3份含有氨基的高分子在10～25份丙酮中混合，通过亲核取代反应得到；2)刺激响应水凝胶的制备：将含有氨基的烯丙基化高分子、丙烯酸衍生物、光引发剂、交联剂溶于水中，通过引发剂引发聚合反应，产物在醛溶液中浸泡，再用去离子水浸泡，去除杂质，得到基于功能化双网络的刺激响应水凝胶。所述的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶在药物定向传输和高效释放中的应用。优选地，所述药物为双氯酚酸钠。本专利技术是由含有氨基的烯丙基化高分子、丙烯酸衍生物、光引发剂、交联剂溶于水中，通过引发剂引发水溶性双键单体和含烯丙基的水溶性胺类高分子的不饱和键发生聚合反应制得。本专利技术具有烯丙基和氨基的水溶性高分子的制备方法克服了带疏水基团的高分子不溶或难溶于水溶液的缺点，拓宽其应用范围。本专利技术制备的水凝胶的双网络结构具有可简易控制的分子开关-席夫碱键，它由含有氨基的烯丙基化高分子的氨基和醛类化合物的醛基反应得到，这种对酸碱环境具有响应的化学键不仅可以对负载的药物提供有效保护，还可以在打开开关后提高药物的累计释放量，延长药物的累计释放时间，具有良好的载药性能，可控性强，在药物控释体系、人造软骨、生物传感器等方面具有广阔的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果:1)在模拟肠环境(pH＝7.4)的条件下，基于功能化双网络的刺激响应水凝胶的分子开关处于关闭状态，这对水凝胶所载的药物提供了一定的保护，并减少了药物在该条件下的释放。2)在模拟胃环境(pH＝1.2)的条件下，基于功能化双网络的刺激响应水凝胶的分子开关处于打开状态，这可以改变水凝胶所载药物的释放机理，提升释放效率。3)结合上述两种释放途径，可以实现药物的高效释放，其中，药物的累计释放率可增加20～30％，药物的累计释放时间可延长300min。4)本专利技术制备的水凝胶具有分子开关-席夫碱键，通过模拟人体温度和酸碱环境，该化学键有助实现目标药物在胃环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，以质量份数计，其原料组成为：1～5份含有氨基的烯丙基化高分子、10～50份丙烯酸衍生物、0.1～0.5份光引发剂、0.1～1份交联剂和100～400份水；原料发生聚合反应后产物在醛溶液中浸泡，再用去离子水浸泡，得到基于功能化双网络的刺激响应水凝胶；所述含有氨基的烯丙基化高分子是由烯丙基溴、三乙胺与含有氨基的高分子在丙酮中通过亲核取代反应得到；所述的含有氨基的高分子为壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚赖氨酸中的一种或多种；所述的光引发剂为2‑氧代戊二酸、2‑羟基‑4‑(2‑羟乙氧基)‑2‑甲基苯丙酮和2‑羟基‑2‑甲基‑1‑苯基‑1‑丙酮中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，以质量份数计，其原料组成为：1～5份含有氨基的烯丙基化高分子、10～50份丙烯酸衍生物、0.1～0.5份光引发剂、0.1～1份交联剂和100～400份水；原料发生聚合反应后产物在醛溶液中浸泡，再用去离子水浸泡，得到基于功能化双网络的刺激响应水凝胶；所述含有氨基的烯丙基化高分子是由烯丙基溴、三乙胺与含有氨基的高分子在丙酮中通过亲核取代反应得到；所述的含有氨基的高分子为壳聚糖、聚乙烯亚胺和聚赖氨酸中的一种或多种；所述的光引发剂为2-氧代戊二酸、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，其特征在于，所述的含有氨基的烯丙基化高分子的平均分子量为30～1000kDa，衍生物的取代度为5～15％。3.根据权利要求1所述的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，其特征在于，所述的交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N'-双(丙烯酰)胱胺和环氧氯丙烷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于功能化双网络的刺激响应水凝胶，其特征在于，所述的丙烯酸衍生物为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯酸二甲胺基乙酯、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸钠和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐守萍，李豪，文秀芳，丁欢，范周祥，皮丕辉，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