本发明专利技术公开了一种pH和氧化还原双响应载药水凝胶及其制备方法与应用，通过接枝多巴胺和胱胺制备的双响应水凝胶在pH和Redox的刺激响应条件下，均能发生溶胶与凝胶的可逆转变，从而实现负载药物的可控释放。与单一响应条件相比，在pH和Redox双响应条件下，水凝胶的累积释放量增倍，提高了药物递药效率和药效。本发明专利技术制备过程绿色经济且可操控性强，能够在药物缓释剂的开发及纤维素资源的高值化利用中提供创新研究价值。
PH and redox dual responsive hydrogel and its preparation and Application
【技术实现步骤摘要】
一种pH和氧化还原双响应载药水凝胶及其制备方法与应用
本专利技术属于纤维素水凝胶制备领域，具体涉及一种pH和氧化还原(Redox)双响应载药水凝胶及其制备方法。
技术介绍
农用药物是不可或缺的农业生产化学药剂，在控制有害生物危害及调节植物生长等方面发挥了极其重要的作用。据统计，如果没有农药的使用，有害生物危害会造成30％～40％的粮食损失，而对于一些特殊作物，损失高达100％。我国作为世界第一人口大国，农业的发展备受关注。但由于农药使用量较大，加之施药方法不够科学，导致农药不可避免地在靶标或周边环境中分解和流失，使其浓度降低，难以发挥药效。据报道，常规农药制剂的有效利用率仅为10％～30％，流失的农药会通过渗透污染地下水，一些残留期长、不易代谢的农药还会被植物吸收并进入植物体内，甚至可能会通过食物链进入人体，因此对人类健康和生态环境构成严重威胁。随着人们对食品安全、生态环境保护越来越重视，对农药的毒性、安全性、残效性的要求将更加严格。因此，推广农药减量化和农药控制技术，实现农药使用零增长，一直是国内外当前和未来农业植保工作的重要任务。控制释放型农药能够减少农药用量，提高农药使用效率，进而有效降低环境污染问题，近些年已成为农药新型药剂研究的热点。控制释放技术是指特定系统中的活性成分对特定靶标可按照设计的浓度和时间持续释放出来，并达到预期效果。在诸多控释农药载体中，环境响应性释放载体因其广阔的应用前景已成为全球关注热点和发展方向，其中包括氧化还原、pH、光、温度等环境刺激条件。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于纤维素的pH/Redox双响应的复合材料，以实现药物有效成分的控制释放。为了实现上述目的，本专利技术以具有同源性和生物相容性的纤维素资源为原料，制备一种具有pH/Redox双响应的载药水凝胶，开展其在药物缓释方面的应用研究。由于用药环境的响应，该产品使两种功能基团发生协同作用，破坏水凝胶结构实现高效的药物缓释，提高药物的递药效率和药效。具体方案如下：一种pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)配制羧甲基纤维素溶液；(2)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐依次加入到步骤(1)羧甲基纤维素溶液中反应，反应后透析、洗涤、浓缩，得到pH响应的亲水性线性大分子DACMC溶液；(3)取步骤(2)得到的DACMC溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺混合，将溶解于PBS缓冲溶液中的胱胺二盐酸盐逐滴加入，反应，反应后透析、洗涤、干燥，得到氧化还原响应的亲水性线性大分子DACMC-CYS；(4)将三氯化铁水溶液逐滴加入步骤(3)DACMC-CYS的水溶液中，反应后静止一段时间，得到具备pH和氧化还原双响应的水凝胶DACMC-CYS-Fe。采用两步法分别将多巴胺盐酸盐和胱胺二盐酸盐两种响应单体接枝到羧甲基纤维素后，加入三氯化铁发生交联反应，同时将药物负载在其中，制备兼具良好的pH响应性和Redox响应性的智能纳米纤维水凝胶。具体地，步骤(1)中，所述羧甲基纤维素溶液采用羧甲基纤维素盐配制，质量浓度为0.5～3％；羧甲基纤维素盐的分子量范围是9000kDa～1000000kDa，粘度50～5000mPa.s；溶剂为水、酒精或PBS缓冲溶液中的一种或两种以上的混合溶剂。步骤(2)中，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐，与羧甲基纤维素溶液中羧甲基纤维素盐的反应质量比为(0.96～2.88)：(0.58～1.74)：(0.95～1.9)：(100～150)。优选地，步骤(2)中，先将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐加入羧甲基纤维素溶液中搅拌，再依次加入N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐，在惰性气体保护下搅拌反应。步骤(3)中，所述DACMC溶液的质量浓度为0.5～3wt％；DACMC溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、胱胺二盐酸盐的反应质量比为(100～150)：(0.19～0.57)：(0.116～0.232)：(0.113～0.226)。步骤(4)中，所述DACMC-CYS的水溶液中，亲水性线性大分子DACMC-CYS的质量浓度为1～2％；三氯化铁水溶液浓度为0.015～0.03mM；亲水性线性大分子DACMC-CYS与三氯化铁的反应质量比为(1～2)：(0.04～0.08)。具体地，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)反应温度均为室温；步骤(2)和步骤(3)反应控制pH值4.5～7之间，可以采用稀盐酸进行pH值调配，优选4.5～5；步骤(4)反应在避光下进行；步骤(2)反应时间控制为6～24h，步骤(3)反应时间控制为1～12h；步骤(4)反应时间为12～36h。优选地，步骤(2)和步骤(3)中，所述透析采用超滤膜截取，用去离子水进行，超滤膜的截取分子量范围是1500Da～10000Da，透析时间为12h以上。采用上述制备方法制备得到的pH和氧化还原双响应水凝胶也在本专利技术的保护范围中。进一步地，所制备的pH和氧化还原双响应水凝胶的氧化还原响应范围为-150～400mV，pH响应范围为1.5～7.4。本专利技术进一步提供上述pH和氧化还原双响应水凝胶作为药物载体在制备缓释药物中的应用。具体地，所述药物可以是农药。具体地，所述药物可以在pH和氧化还原双响应水凝胶的制备步骤(4)中三氯化铁水溶液滴加完毕后加入。有益效果：本专利技术通过接枝多巴胺和胱胺制备的双响应水凝胶在pH和Redox的刺激响应条件下，均能发生溶胶与凝胶的可逆转变，从而实现负载药物的可控释放。与单一响应条件相比，在pH和Redox双响应条件下，水凝胶的累积释放量增倍，提高了药物递药效率和药效。本专利技术制备过程绿色经济且可操控性强，能够在药物缓释剂的开发及纤维素资源的高值化利用中提供创新研究价值。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为实施例1制备的pH/Redox双响应载药水凝胶的傅里叶红外光谱图。图2为实施例2制备的pH/Redox双响应载药水凝胶的扫描电镜照片；图3为实施例2制备的pH/Redox双响应载药水凝胶的氧化还原行为；图4为实施例5制备的pH/Redox双响应载药水凝胶在不同pH值情况下6-苄氨基嘌呤的释药曲线；图5为实施例5制备的pH/Redox双响应载药水凝胶在不同pH值和不同还原剂添加量情况下6-苄氨基嘌呤的释药曲线。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做出近一步的具体说明，但本专利技术不局限于这些实施例。实施例1(1)羧甲基纤维素水溶液的配制称取100g羧甲基纤维素钠本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)配制羧甲基纤维素溶液；/n(2)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐依次加入到步骤(1)羧甲基纤维素溶液中反应，反应后透析、洗涤、浓缩，得到pH响应的亲水性线性大分子DACMC溶液；/n(3)取步骤(2)得到的DACMC溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺混合，将溶解于PBS缓冲溶液中的胱胺二盐酸盐逐滴加入，反应，反应后透析、洗涤、干燥，得到氧化还原响应的亲水性线性大分子DACMC-CYS；/n(4)将三氯化铁水溶液逐滴加入步骤(3)DACMC-CYS的水溶液中，反应后静止一段时间，得到具备pH和氧化还原双响应的水凝胶DACMC-CYS-Fe。/n
【技术特征摘要】
1.一种pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制羧甲基纤维素溶液；
(2)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐依次加入到步骤(1)羧甲基纤维素溶液中反应，反应后透析、洗涤、浓缩，得到pH响应的亲水性线性大分子DACMC溶液；
(3)取步骤(2)得到的DACMC溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺混合，将溶解于PBS缓冲溶液中的胱胺二盐酸盐逐滴加入，反应，反应后透析、洗涤、干燥，得到氧化还原响应的亲水性线性大分子DACMC-CYS；
(4)将三氯化铁水溶液逐滴加入步骤(3)DACMC-CYS的水溶液中，反应后静止一段时间，得到具备pH和氧化还原双响应的水凝胶DACMC-CYS-Fe。
2.根据权利要求1所述的pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述羧甲基纤维素溶液采用羧甲基纤维素盐配制，质量浓度为0.5～3％；羧甲基纤维素盐的分子量范围是9000kDa～1000000kDa，粘度50～5000mPa.s；溶剂为水、酒精或PBS缓冲溶液中的一种或两种以上的混合溶剂。
3.根据权利要求2所述的pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和多巴胺盐酸盐，与羧甲基纤维素溶液中羧甲基纤维素盐的反应质量比为(0.96～2.88)：(0.58～1.74)：(0.95～1.9)：(100～150)。
4.根据权利要求3所述的pH和氧化还原双响应水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，先将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐加入羧甲基纤维素溶液中搅拌，再依次加入N-羟基琥珀酰...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭天雨，肖惠宁，金永灿，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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