[发明专利]一种具有高效pH敏感性及高机械强度的物理交联壳聚糖基水凝胶的制备方法

说明书

式（I）所示的具有高效pH敏感性及高机械强度的物理交联壳聚糖基水凝胶的制备方法，属于天然材料的高分子功能改性合成技术领域。以式(III)所示壳聚糖表面的羟基为接枝位点，由化学引发剂过硫酸钾‑硫代硫酸钠受热分解产生自由基，在壳聚糖上形成活性点，进一步引发一部分式(IV)所示的单体AAC和式(II)所示的单体DMAEMA接枝聚合到壳聚糖主链上，同时得到两种单体的共聚物分子链，穿插在壳聚糖接枝共聚物的大分子链之间形成半互穿网络，即得式(I)所示的水凝胶，产物冷冻干燥即得到固体产品，反应易操作、条件温和。该制备方法所得物理交联水凝胶具有高效pH敏感性及高机械强度，同时具有很好地生物相容性和较大的溶胀率，在医疗、医药领域的大分子溶质分离、药物释放系统、诊断疾病及日常监测等方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有高效pH敏感性及高机械强度的物理交联壳聚糖基水凝胶的制备方法，属于天然高分子材料的功能改性技术领域。

背景技术

智能水凝胶由于其独特的响应性在传感器、药物传输、组织工程、酶的固载等方面具有广泛的应用前景，此类水凝胶是指在外界环境发生变化时(如温度、pH值、电场、溶剂性质、光强度和光波长、压力、离子强度等)凝胶的性质随之发生相应的变化的水凝胶，其中pH响应水凝胶是最重要、研究最为广泛的智能性水凝胶之一。

pH敏感性水凝胶能随着外界pH值变化而发生性质改变(如溶胀度、形状等)，通常在凝胶的聚合物链上含有可离子化的酸性或碱性基团，如羧基、磺酸基或氨基等。当外界的pH值发生变化时，这些基团发生电离造成聚合物链内或链间氢键相互作用、离子相互作用及聚合物内外的离子浓度、聚合物与溶剂间的相互作用发生变化，从而导致凝胶网络结构发生变化，引起聚合物链蜷缩或伸展，反映在宏观上则是水凝胶发生体积相变，即对外界pH值的变化产生了响应。目前，所制备的pH敏感性水凝胶主要包括化学交联水凝胶及物理交联水凝胶两大类，其pH敏感性都有一定的延迟性，不能快速响应环境的变化，并且化学交联的水凝胶虽然具有较高的机械强度，但化学交联剂的使用往往使其具有一定的生物毒性，大大限制了其在生物工程方面的应用。物理交联水凝胶是通过物理作用力如静电作用、离子相互作用、氢键、链的缠绕等形成物理交联点，具有较好的生物相容性，但是由于相互作用较弱，机械强度不高，很容易被破坏，限制了其正常应用。因此，制备具有高效pH敏感性及高机械强度并且无毒的物理交联水凝胶具有很大的实用意义。

发明内容

针对目前pH敏感性的物理交联水凝胶存在的对外界刺激响应性慢、机械性能差等问题，本发明的目的是提供一种新型的pH敏感的物理水凝胶的制备方法，在不加化学交联剂的前提下，大幅提升所得水凝胶的pH敏感性和机械强度。

本发明提供式(I)所示的具有高效pH敏感性及高机械强度的物理交联水凝胶的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

式(I)中，m，q为1、2、3、4…自然数；式(III)中，n为1、2、3、4…自然数。

步骤(1)，室温下，将一定量的式(III)所示的壳聚糖(CS)溶于10mL质量分数1％的醋酸溶液中，搅拌过夜，制备不同质量分数的壳聚糖溶液。

步骤(2)，将一定质量比的式(II)所示的单体甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)和式(IV)所示的单体丙烯酸(AAC)加入圆底烧瓶中，在0℃(冰水浴)中混合均匀。

步骤(3)，在步骤(1)体系中加入一定质量浓度的过硫酸钾-硫代硫酸钠氧化还原引发剂及步骤(2)所制得的单体混合物，磁子搅拌均匀并通氮气除氧15min。

步骤(4)，将步骤(3)准备好的反应混合物倒入直径为5mm，长度为80mm的小试管中，然后用密封膜密封。

步骤(5)，将步骤(4)的小试管置于恒温水浴槽中，恒温下反应24h。