光热双重响应性壳聚糖衍生物、其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，特别是一种光热双重响应性壳聚糖衍生物，其结构式如式(I)所示，其中，式中x、y、z、n为≥1的自然数，m为≥0的自然数。本发明专利技术还提供了一种纳米微囊，以式(I)所示的光热双重响应性壳聚糖衍生物为壁材，以生物活性药物或植物精油为芯材，采用快速膜乳化仪的方法，通过壁材分子间作用力和静电引力使芯材包埋于壁材内，形成核壳结构。本发明专利技术的光热双重响应性壳聚糖衍生物以桐油基衍生物桐马酸酐为连接臂，具有可再生、绿色、环保的特点，同时桐马酸酐上本身含有不饱和双键，双键对外界环境光源敏感，可以发生光化学反应，其本身可以作为光响应基团，以增加载体材料对外界环境光源敏感性。

【技术实现步骤摘要】
光热双重响应性壳聚糖衍生物、其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料
，特别是一种光热双重响应性壳聚糖衍生物、其制备方法和应用。
技术介绍
敏感型载体是一类能对外界物理化学刺激(光、超声、磁场、pH、温度等)做出反应，进而改变其结构、性能等的载体材料，利用其响应性基团的特性，可以实现药物的智能释放。现有技术中，郭晶晶(光响应羧甲基壳聚糖纳米囊的制备及研究[D].武汉理工大学.2014.)以羧甲基壳聚糖为原料，以丁二酸酐为连接臂，以邻硝基苄基为光响应基团，制备得到具有光响应的羧甲基壳聚糖衍生物，其中，连接臂丁二酸酐接枝到重复单元中的C2位-NH2上。公开号为CN106719630A的中国专利申请公开了一种光响应性控释纳米农药制剂，其有效成分为两亲性羧甲基壳聚糖衍生物，由邻硝基苄基琥珀酸单酯与羧甲基壳聚糖反应制得，该控释纳米农药制剂可选择在无光照的条件下喷施于靶植物及害虫表面或体内，能随时响应外界太阳光刺激释放农药。上述现有技术均是对壳聚糖或羧甲基壳聚糖的进行改性，改性位点均在氮位上引入了不同功能性单体分子，使得改性后的聚合物具有一定的环境响应性，但是上述载体材料载药量低，对外界环境光源敏感性还有待提高；而且上述载体制备方法过程复杂、步骤繁琐。此外，现有纳米微囊制备技术大都通过高速剪切乳化得到，而高剪切力容易导致破乳，使制得的乳液不均一，由乳液制成的微球也不均一，不适用于制备包埋生物活性药物和植物精油的微囊乳液。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种光热双重响应性壳聚糖衍生物、其制备方法和应用，以解决上述问题中的一种或几种。根据本专利技术的一个方面，提供了一种光热双重响应性壳聚糖衍生物，其结构式如式(I)所示：其中，式中x、y、z、n为≥1的自然数，m为≥0的自然数。本专利技术的光热双重响应性壳聚糖衍生物以生物大分子壳聚糖为基本原料，以桐马酸酐为连接臂，以邻硝基苄基为光响应性基团、N-异丙基丙烯酰胺为温敏基团，制备得到具有较好光响应性壳聚糖植物油衍生物；具体地，以桐油基衍生物桐马酸酐为连接臂，具有可再生、绿色、环保的特点，同时桐马酸酐上本身含有不饱和双键，双键对外界环境光源敏感，可以发生光化学反应(例如光点击反应)，其本身可以作为光响应基团，以增加载体材料对外界环境光源敏感性。另外，本专利技术的壳聚糖衍生物中，将现有的接枝位点由1个C2位-NH2变为2个C2位-NH2，多个氨基位有助于提高壳聚糖衍生物的功能性，同时有利于形成核壳结构微囊的形成。在一些实施方式中，邻硝基苄基的接枝率为15-20％，N-异丙基丙烯酰胺接枝率为15-20％。根据本专利技术的另一个方面，提供了光热双重响应性壳聚糖衍生物的制备方法，包括以下步骤：1)将邻硝基苯甲醇和桐马酸酐混合，加入第一催化剂，在氮气保护下回流反应，得到桐马酸酐邻硝基苄酯；2)向步骤1)制得的桐马酸酐邻硝基苄酯中加入活化剂和缩合剂混合得到混合液，在避光条件下，将混合液滴加到壳聚糖乙酸水溶液中反应，制得具有光响应性的壳聚糖衍生物；3)将步骤2)制得的具有光响应性的壳聚糖衍生物和N-异丙基丙烯酰胺混合，加入第二催化剂，反应得到光热双重响应性壳聚糖衍生物。本专利技术的制备方法先接枝光敏性基团桐马酸酐邻硝基苄酯，再接枝温敏性基团N-异丙基丙烯酰胺，这是因为桐马酸酐邻硝基苄酯的结构较大，且需同时接枝到壳聚糖的2个C2位-NH2上，若先接枝N-异丙基丙烯酰胺，可能会使空间位阻效应增大，从而降低桐马酸酐邻硝基苄酯的接枝率。因此，为了将桐马酸酐邻硝基苄酯接枝到壳聚糖的2个C2位-NH2上，减少空间位阻效应对反应的影响，本专利技术先接枝桐马酸酐邻硝基苄酯，再接枝N-异丙基丙烯酰胺。另一方面，随着桐马酸酐邻硝基苄酯接枝反应的进行，先接枝的桐马酸酐邻硝基苄酯也会形成空间位阻效应，对还未接枝的桐马酸酐邻硝基苄酯造成影响，因此步骤2)采用滴加的方式将桐马酸酐邻硝基苄酯加入到壳聚糖乙酸水溶液中，通过控制桐马酸酐邻硝基苄酯的加入量，保证反应过程中壳聚糖乙酸水溶液中的-NH2基团过量，以实现接枝位点的控制。步骤1)的反应过程如下所示，桐马酸酐邻硝基苄酯的结构式如式(II)所示：在一些实施方式中，步骤1)中回流反应在50-80℃条件下进行12-24h。在一些实施方式中，为了对步骤1)的产物进行纯化，可以对回流后得到的回流反应液冷却到室温，再进行洗涤、萃取、干燥。步骤2)的反应过程如下所示，具体地，具有光响应性的壳聚糖衍生物的结构式如式(III)所示：在一些实施方式中，步骤2)中的活化剂为1-羟基-苯并三唑、苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐、O-苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸中的至少一种，活化剂的用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％。在一些实施方式中，步骤2)中的缩合剂为1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺中的至少一种，缩合剂的用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％。在一些实施方式中，步骤(2)中混合液和壳聚糖乙酸水溶液在50～80℃下反应2～5h，然后在室温条件下在暗处用去离子水透析2～3天。在一些实施方式中，步骤2)中的壳聚糖乙酸水溶液浓度为1.0-5.0mg/mL，乙酸的体积浓度为1-2％，壳聚糖乙酸水溶液中的壳聚糖的粘均分子量为1.2×103-2.5×105、脱乙酰度≥90％。在一些实施方式中，步骤2)中透析时所采用的透析袋截留分子量为2000-15000。步骤3)的反应过程如下所示，具体地，光热双重响应性壳聚糖衍生物的结构式如式(I)所示：在一些实施方式中，第一催化剂为4-二甲氨基吡啶和四甲基乙二胺中的至少一种，其用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％。在一些实施方式中，第二催化剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种，第二催化剂的用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％。在一些实施方式中，壳聚糖、桐马酸酐邻硝基苄酯和N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1：(1～2)：(1～2)。在一些实施方式中，步骤2)和3)中的透析所采用的透析袋截留分子量为2000-15000，通过透析以得到纯净的目标产物。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述光热双重响应性壳聚糖衍生物的应用，即用于制备载药载体。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种纳米微囊，包括壁材和包裹在壁材中的芯材，壁材为光热双重响应性壳聚糖衍生物，芯材为生物活性药物或植物精油，采用快速膜乳化仪的方法，通过壁材分子间作用力和静电引力使芯材包埋于壁材内。具体地，壁材上的疏水基团向内形成内壁，而该内壁则是疏水性生物活性药物或植物精油的结合部分；同时，壁材上的亲水基团与水之间存在较强的氢键作用，可向外形成紧密的外壁，将生物活性药物或植物精油更好地包裹在内，从而实现对处于内核的生物活性药物或植物精油的缓控释效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光热双重响应性壳聚糖衍生物，其特征在于，其结构式如式(I)所示：/n

【技术特征摘要】
1.光热双重响应性壳聚糖衍生物，其特征在于，其结构式如式(I)所示：



其中，式中x、y、z、n为≥1的自然数，m为≥0的自然数。


2.权利要求1所述的光热双重响应性壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将桐马酸酐与邻硝基苯甲醇混合，加入第一催化剂并进行回流反应，制得桐马酸酐邻硝基苄酯；
2)向步骤1)得到的桐马酸酐邻硝基苄酯中加入活化剂和缩合剂混合得混合液，在避光条件下，将混合液滴加到壳聚糖乙酸水溶液中反应，制成具有光响应性的壳聚糖衍生物；
3)将步骤2)制得的具有光响应性的壳聚糖衍生物和N-异丙基丙烯酰胺混合，加入第二催化剂，反应得到光热双重响应性壳聚糖衍生物。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖、桐马酸酐邻硝基苄酯和N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1：(1～2)：(1～2)。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂为4-二甲氨基吡啶和四甲基乙二胺中的至少一种，其用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％；所述第二催化剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种，其用量为壳聚糖乙酸水溶液总质量的1％-2％。


5.权利要求1所述的光热双重响应性壳聚糖衍生物作为载药载体的应用。


6.纳米微囊，其特征在于，以权利要求1所述的光热双重响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：周闯，李普旺，杨子明，谢江辉，何祖宇，王超，焦静，吕明哲，宋书会，刘运浩，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44