[发明专利]一种pH响应性可降解水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料和医学工程领域，具体涉及一种pH响应性可降解水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。它能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。水凝胶的这一特点使它在生物医学领域、记忆元件开关、生物酶的固定、农业中的保水抗旱等方面有广泛的应用前景。

随着水凝胶应用领域的扩展而对其性能提出了更高要求，研制和开发性能更为优良的高分子水凝胶材料已成为目前的研究热点。本发明提出了一种新型的水凝胶材料，通过利用巯基-双硫键之间的转换反应，采用pH来控制聚合物的交联和凝胶化过程，在温和的反应条件下制备了饱含水的松散水凝胶或脱水的致密水凝胶。

本发明所制备的两亲性枝化聚合物通过两步迈克尔加成聚合反应来合成，首先采用组分A与组分B之间的氨基与丙烯基之间的迈克尔加成反应聚合得到疏水性链段，然后再利用含一个端氨基的聚乙二醇(PEG-NH₂)对剩余的丙烯基进行封端处理，最后经提纯的得到两亲性枝化聚合物。由于这种聚合物中含有丰富的二硫键，所以可以采用pH来调控并制备水凝胶。硫醇-二硫键交换反应是一种pH响应性的化学反应，依赖于硫醇的pKa值，且反应物是离子态的硫醇盐。离子态硫醇盐的质子化和硫醇的去质子化可以通过调节体系的pH来可逆的转化，因而就使得硫醇-二硫键交换反应具有了一种“开/关”的功能。所以，通过pH调控的硫醇-二硫键交换反应，含二硫键的枝化聚合物的就可以被用于制备交联的水凝胶。这种水凝胶形成中的活化、终止、中止和再活化均可通过体系的pH来调控。

本发明合成的枝化聚合物具有两亲性，在水中会先形成核壳结构的纳米颗粒，内核层是通过迈克尔加成聚合反应合成的疏水链段，外壳层是亲水的聚乙二醇(PEG)链段，具有很高的化学稳定性和水溶性，内外壳层之间通过S-S键连接。当pH＞10时，-SH被激活，-SH极易失去质子变成活性的-S·自由基，引发S-S键发生交换反应，这样就增加了核层的交联度；而外壳层S-S键另一端连着的PEG链段在反应过程中极易脱落进入水中，这样就改变了壳层的结构。随着交联度的提高，越来越多的PEG从壳层脱落出来，进入水中。剩下的许多小核壳球体聚集在一起，互相之间也会发生交联，最终形成含有疏水内核的大球体，由于光无法通过这种大球体，所以就形成了一种较低交联度的白色吸水性松散水凝胶。新合成的水凝胶里还有一些活性的-S·自由基和PEG基团，随着放置时间的延长，巯基-二硫键交换反应不断进行，交联度不断提高，小球体继续聚集形成大球体，更多的PEG被释放出来，吸胀的水也随着亲水的PEG释放出来，这样就形成了结构致密的水凝胶。

当聚合物水溶液的pH调至12时会形成白色松散的水凝胶，放置一天后松散的水凝胶会收缩变得更加密实直至一周后将不会再收缩。同时，若在刚形成的松散水凝胶中加入盐酸进行中和，活性的-S·自由基变成-SH，终止聚合，水凝胶会停止收缩而保持原状；同理，也可以调高pH重新激活-SH变成-S·自由基继续进行交换反应。因此，特定性能的水凝胶可以通过在预设的时间控制pH来进行制备。

综上所述，通过控制反应溶液中pH值的大小来控制巯基和二硫键之间交换反应的发生进程，从而可以达到控制水凝胶性能的目的，通过这种方法合成的水凝胶具有良好的生物相容性、生物安全性和可生物降解性，同时具有很高的稳定性，可以广泛用作药物载体和组织工程材料等。

发明内容

本发明的目的是提供一种pH响应性可降解水凝胶及其制备方法，通过调节pH值大小来控制巯基与二硫键之间的交换反应进程，从而达到控制水凝胶性能的目的，可被用作药物载体或组织工程材料。解决了一般高分子水凝胶制备过程中交联度、溶胀度等性能难以控制等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种pH响应性可降解水凝胶，其特征在于所述水凝胶是由含大量二硫键的两亲性枝化聚合物制备而成的，这种聚合物是由组分A、组分B和含一个端氨基的聚乙二醇(PEG-NH₂)三者通过两步迈克尔加成聚合反应合成的，这种水凝胶可以通过升高体系的pH值来制备，形成饱含水的松散水凝胶或脱水的致密水凝胶。

优选的，所述的一种pH响应性可降解水凝胶，其特征在于所述的组分A选自下式所示的化合物：