[发明专利]一种基于环糊精功能基团的智能水凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于智能水凝胶技术领域，具体涉及一种基于环糊精功能基团的智能水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是可以在水中溶胀并吸附大量水分而又不会溶解具有三维交联网络或互穿网络的聚合物。根据水凝胶对外界环境刺激的响应情况可分为传统水凝胶和智能型水凝胶，其中智能型水凝胶又可称为刺激响应性或敏感性水凝胶，是一类对外界环境刺激能产生响应的水凝胶，即在相当广的程度上对于环境微小的物理化学刺激，如温度、电场、磁场、光、pH、离子强度、压力等能够感知、处理并可做功来响应外界环境刺激。

其中温度敏感水凝胶是指其物理性能比如体积、相态、溶解性、浊度、亲疏水性等能够随温度变化而发生明显改变的高分子水凝胶。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)是研究的最为广泛的一类温敏性水凝胶，该水凝胶在水溶液中存在最低临界溶液温度(LCST)，在LCST附近PNIPAAm水凝胶具有感知外界温度微小的变化并通过剧烈的体积收缩和膨胀来响应这些温度变化的功能。因此，该类温度敏感性水凝胶被广泛应用于药物的可控释放、酶和细胞的固定化、生物传感器、智能纺织品、及组织工程等领域。但传统的PNIPAAm水凝胶存在响应速率慢、力学性能差、生物相容性差，以及力学性能差等不足，从而限制了其在更多领域的实际应用。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于环糊精功能基团的智能水凝胶的制备方法。具体的说，是一种基于环糊精功能基团的聚(N-异丙基丙烯酰胺)智能水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的基于环糊精功能基团的聚(N-异丙基丙烯酰胺)智能水凝胶。

本发明的再一目的在于提供一种上述基于环糊精功能基团的聚(N-异丙基丙烯酰胺)智能水凝胶在生物医学领域中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于环糊精功能基团的聚(N-异丙基丙烯酰胺)智能水凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：

将400质量份的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、20～100质量份双键改性的环糊精、16～70质量份的交联剂溶于二甲亚砜中，超声15分钟混合均匀后加入8～11质量份的偶氮二异丁氰(AIBN)，充分混合后，60～80℃无氧条件下反应24～72h，击碎反应器得到凝胶产物，凝胶产物置入蒸馏水中浸泡一周，每天换水，去除未反应的原料即得基于环糊精功能基团的聚(N-异丙基丙烯酰胺)智能水凝胶。

所述双键改性的环糊精为单甲基丙烯酸缩水甘油醚取代的环糊精，其制备方法如下：

(1)单-6-对甲苯磺酰基环糊精(TCD)的制备

将环糊精(CD)分散在水中，然后将氢氧化钠水溶液溶液逐滴加入，体系逐渐变得澄清透明，将对甲苯磺酰氯(OTs-Cl)溶于乙腈后滴加到上述透明体系中，室温反应3～5h，结束反应并抽滤，滤液置于冰箱中过夜，析出大量白色沉淀，抽滤得到白色固体，然后重复用水溶解白色固体、抽滤、滤液冷藏析出白色沉淀、抽滤得到白色固体这一过程三次，即得单-6-对甲苯磺酰基环糊精(TCD)；

(2)单乙二胺取代环糊精(ECD)的制备

将步骤(1)得到的单-6-对甲苯磺酰基环糊精(TCD)和乙二胺(EDA)按摩尔比为1：2～4溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，60℃下反应6～10h，反应结束冷却到室温，反应液用甲醇溶解稀释后加入丙酮进行沉淀，抽滤得到白色固体，然后重复甲醇溶解稀释、丙酮进行沉淀、抽滤得到白色固体这一过程三次，即得到单乙二胺取代环糊精(ECD)；

(3)单甲基丙烯酸缩水甘油醚取代的环糊精(GCD)的制备

将甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)和步骤(2)得到的乙二胺取代的环糊精(ECD)按摩尔比为3～6：1溶解在DMF中，70℃条件下反应6～8h，反应结束冷却到室温，然后用丙酮沉淀后过滤得到微浅黄色固体，再用丙酮洗涤微浅黄色固体三次，即得到单甲基丙烯酸缩水甘油醚取代的环糊精(GCD)。

所述的环糊精优选β-环糊精。

所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙稀酰胺(BIS)、聚乙二醇双(甲基)丙烯酸酯(PEGDAc)、聚己内双(甲基)丙烯酸酯(PCLDAc)中的至少一种。

所述的聚乙二醇双(甲基)丙烯酸酯(PEGDAc)优选重均分子量为1000、2000、3000、4000、5000、6000且具有如下分子式的聚乙二醇双(甲基)丙烯酸酯：

式中R为H或CH₃。