[发明专利]光和温度双重响应共聚物及其合成方法和水凝胶体系

说明书

技术领域

本发明属于刺激响应材料技术领域，具体涉及一种光和温度双重响应共聚物及其合成方法和水凝胶体系。

背景技术

响应型聚合物作为一种重要的智能材料，其结构和性能可因多种多样的内部或外部刺激如酶、糖、PH、氧化还原、超声波、温度和光等变化而发生突变。在这些刺激因素中，光是一种干净、高效的刺激手段，它能从系统外部对材料的结构和性能进行调控。光开关能控制光反应的进行和停止，无需任何额外试剂。在反应过程中，通过调节光的波长和强度来控制反应的选择性、速率以及聚合物的性能。许多聚合物应用系统与光反应相关，包括光动力学疗法、荧光共振能量转移体系、光诱导聚合等。依据光化学反应类型的不同，光敏基团可分为光异构型基团(如螺吡喃、偶氮苯)、光裂解型基团(如邻硝基苄基)和光二聚型基团(如香豆素、肉桂酸)。邻硝基苄基是一种光裂解型基团，经365nm波长的紫外光照射后，该基团的苯环会与邻近的氧原子或氮原子发生解离，且该反应是不可逆的。该基团在光裂解前后能够引起凝胶体系交联点密度的变化，从而改变凝胶的溶胀性质、力学性质等，甚至发生凝胶-溶胶转变，因此具有极大的研究价值和广泛的应用前景。

光敏型聚合物水凝胶是指在某种波长光的照射作用下，聚合物凝胶能够发生体积变化或形态转变的一类光敏型生物材料。该类材料的功能实现完全由光照控制，不需要任何电、温度、磁场等的作用，具有材料容易可控、清洁等优点，可用于生物医疗、细胞培养以及光电器件中。除了将光能转换成化学能和机械能外，特定光的波长还能被吸收有效转变成热能，比如体系中加入金纳米粒子，在近红外照射下可诱导局部升温用于癌症的热疗。

温敏性水凝胶是一种亲水的聚合物网络,在凝胶形成过程中不涉及化学反应，分子链间的物理交联可通过弱键相互作用(范德华力、疏水相互作用及氢键)等形成。通过改变温度可以调控这些疏水相互作用或氢键作用,体系经过简单的溶胶-凝胶相转变即可形成水凝胶。因此，温敏性水凝胶制备过程简单,不需有机溶剂,非常有利于蛋白类等活性药物的传递。

目前研究较多的是对单一光或热刺激因素响应的非生物降解的聚合物材料，有关光与热刺激因素复合应用于可生物降解聚合物水凝胶的报道较少，且在生物医用领域中的应用研究还有限。因此，本发明拟在温敏性生物可降解水凝胶中引入邻硝基苄基光响应基团，构建具有光、热双重响应的生物可降解水凝胶材料，有望在细胞培养、药物控制释放、组织工程支架等领域具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种光和温度双重响应共聚物及其合成方法和水凝胶体系。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光和温度双重响应共聚物，该共聚物以邻硝基苄基(ONB)连接疏水链段聚己内酯(PCL)和亲水链段聚乙二醇(PEG)构成的聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物(PCL-ONB-PEG-ONB-PCL)，其中，聚己内酯/聚乙二醇(PCL/PEG)链段数均分子量比为0.8～1.0。

上述技术方案中，聚乙二醇数均分子量为1000～1500。

上述技术方案中，所述聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物的化学结构式表示如下：

其中，n＝10～13。

上述结构式中，聚己内酯是一种具有良好生物降解性和生物相容性的聚合物，已被广泛应用于生物医学各个领域，美国FDA批准该材料可以用于人体。聚乙二醇是一种无毒、生物相容性良好的材料，低分子量(小于4万)聚合物可以通过肾排除体外。邻硝基苄基在365nm波长的紫外光照射后，会发生断键反应。本发明的目的是构建具有光和温度双重响应的水凝胶，其中聚己内酯形成水凝胶内的疏水微区，可以对药物或其它客体分子装载；聚乙二醇赋予水凝胶温度响应特性，即在低温下体系为溶胶溶液，而在高温时则转变为凝胶；邻硝基苄基赋予水凝胶光响应特性，即在光照作用下，聚己内酯和聚乙二醇链段之间发生断键反应，导致凝胶的坍塌或破坏。

一种前述的光和温度双重响应共聚物的合成方法，在催化剂的作用下，以两端含有光敏基团的双邻硝基苄基聚乙二醇(ONB-PEG-ONB)为大分子引发剂，在溶剂中引发己内酯单体发生开环聚合，制得聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物：

上述过程可用反应式表示为：

上述技术方案中，包括以下具体步骤：

S1：制备双邻硝基苄基聚乙二醇大分子引发剂