[發(fā)明專利]一種溫度和pH敏感性羧甲基殼聚糖水凝膠及其制備方法

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• 申請日: 2015-01-24
• 公開（公告）號: CN104558420A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 張其清;程翠;夏丹丹;張秀麗;陳立
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F220/54;C08J3/075
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明屬于聚合物改性領域，具體涉及一種溫度和pH敏感性羧甲基殼聚糖水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一種在水中顯著溶脹、保持大量水分的親水性凝膠，由于結構中通常含有-OH、-CONH-、-CONH₂、-COOH、-SO₃H等親水基團，多數水凝膠網絡中可容納高分子本身重量的數倍至數百倍的水。這種富含水的膠態(tài)結構使其物理性質十分接近于柔軟的人體器官。因此，水凝膠因其優(yōu)異的仿生性及生物相容性、能保護藥物不被酸解或者酶解，控制藥物釋放等優(yōu)點而被廣泛的應用于生物醫(yī)藥領域，如組織工程、皮膚敷料、藥物載體等。根據水凝膠對外界刺激的響應情況不同，可分為兩類：（1）傳統水凝膠，這類水凝膠對環(huán)境的變化刺激不敏感。（2）智能水凝膠，這類水凝膠對環(huán)境因素的變化所給予的刺激有非常明確或顯著的應答，能夠感知環(huán)境的細微變化，如pH、溫度、離子強度、電場、磁場、物質濃度等的變化，并通過自身體積的溶脹和收縮來響應外界環(huán)境的刺激。

聚N-異丙基丙烯酰胺是一種具有生物相容性和環(huán)境敏感性的新型溫敏智能水凝膠，在32 ℃左右的水溶液中有一個低臨界溶解溫度（LCST），隨溫度變化顯示出良好的雙親性，在藥物傳遞系統、活性物質載體、生化物質分離等生物醫(yī)學領域有著廣泛的應用價值，經常作為溫度敏感部分被引入到不同生物醫(yī)用凝膠材料中。

殼聚糖，又名甲殼胺，是海洋多糖甲殼素脫乙酰基后的衍生物。殼聚糖在自然界的儲量僅次于纖維素，是一種純天然帶正電荷的生物高分子多糖。由甲殼素經脫乙酞化處理后得到的殼聚糖分子量通常在幾十萬左右，因其不溶于水，限制了它在許多方面的應用。為了改善它的溶解性能，將其進行羧甲基化，得到羧甲基殼聚糖。羧甲基殼聚糖是殼聚糖最重要的衍生物之一，既含有陽離子（-NH³⁺）基團，又含有陰離子（-COO^-）基團，是一種兩性聚電解質，具有更好的生物相容性、抑菌性、吸濕保濕性能和特殊的pH敏感性。將羧甲基殼聚糖與溫度敏感材料聚N-異丙基丙烯酰胺結合，可制備多重環(huán)境敏感性的智能水凝膠。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種溫度和pH敏感性羧甲基殼聚糖水凝膠及其制備方法。本發(fā)明原料廉價易得，制備工藝簡單，易于操作，不需要昂貴的儀器，制備的水凝膠溫度敏感性良好，對pH改變有響應。

為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種溫度和pH敏感性羧甲基殼聚糖水凝膠是以天然多糖羧甲基殼聚糖和N-異丙基丙烯酰胺為原料，分別以過硫酸銨、N, N, N', N'-四甲基乙二胺和N, N′-亞甲基雙丙烯酰胺為引發(fā)劑、促進劑和交聯劑，通過交聯反應制得。

制備方法：將羧甲基殼聚糖、N, N′-亞甲基雙丙烯酰胺和N-異丙基丙烯酰胺溶于25 ℃雙蒸水中，通氮氣去除氧氣后密封4 ℃冷藏1 h，加入過硫酸銨和N, N, N', N'-四甲基乙二胺室溫下反應24 h，在蒸餾水中浸泡3-5天，每隔8 h換一次水，得到所述的溫度和pH敏感性羧甲基殼聚糖水凝膠。

雙蒸水與N-異丙基丙烯酰胺的質量比為12.5:1。

羧甲基殼聚糖、N, N′-亞甲基雙丙烯酰胺與N-異丙基丙烯酰胺的質量比為：0.05~0.15:0.02:1。

過硫酸銨、N, N, N', N'-四甲基乙二胺與N-異丙基丙烯酰胺的質量比為：0.02:0.005:1。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：本發(fā)明利用由福建省海洋廢棄蝦、蟹殼中提取出的甲殼素脫乙酰基后的衍生物羧甲基殼聚糖，與N-異丙基丙烯酰胺通過交聯反應制得多重環(huán)境敏感性的智能水凝膠。本發(fā)明制備方法簡單，原料來源廣泛，操作步驟簡單，得到的水凝膠具有溫度和pH雙重敏感，且生物相容性良好。

相對于其他水凝膠的制備方法有以下優(yōu)點：

（1）原料來自海洋廢棄蝦、蟹殼提取出的甲殼素脫乙酰基后的衍生物羧甲基殼聚糖，廣泛易得；

（2）使用交聯法得到的水凝膠溶脹度高，生物相容性良好，且具有溫度和pH雙重敏感；

（3）該水凝膠的制備工藝較簡單，通過改變原料比可調控水凝膠孔徑尺寸，操作方便，易于推廣。

附圖說明

圖1是水凝膠實物圖（羧甲基殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺質量比為：0.1: 1）。

圖2是通過改變原料比得到不同孔徑尺寸水凝膠掃描電鏡圖。（a）羧甲基殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺質量比為：0.1: 1；（b） 羧甲基殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺質量比為：0.15: 1。