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专利信息

202011552983.1

2020-12-24

CN112708149A

2021-04-27

C08J3/075

2022-08-23

侯昭升,郝甜甜,徐钧,刘正琦,滕金伟

侯昭升,郝甜甜,徐钧,刘正琦,滕金伟

214000 江苏省无锡市梁溪区江海西路88号A幢2081

王志坤

济南圣达知识产权代理有限公司

摘要

本发明属于高分子材料制备技术领域,具体涉及一种可逆光敏感水凝胶及其制备方法与应用。该光敏感水凝胶由八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇‑β‑环糊精在紫外光下溶于水,再在白光照射形成。由于偶氮苯基团能随着外界不同光线的照射可以改变存在形式,实现与β‑环糊精的主客体作用,该凝胶可以随着紫外光‑白光‑紫外光的照射,实现溶液‑凝胶‑溶液的循环,这种突出的可逆性使得该水凝胶可重复使用。同时,两种单体均含有八个端基,对光线更加敏感,形成凝胶的速度快,而且形成的凝胶交联度大,凝胶强度高。

法律信息

法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
2023-01-31 专利权的转移

专利权的转移

IPC(主分类):C08J3/075

登记生效日:20230116

变更前专利权人:山东师范大学

变更前地址:250014 山东省济南市历下区文化东路88号

变更后专利权人:无锡享源信息科技有限公司

变更后地址:214000 江苏省无锡市梁溪区江海西路88号A幢2081

2022-08-23 授权

授权

2021-05-14 实质审查的生效

实质审查的生效

IPC(主分类):C08J3/075

2021-04-27 公开

公开

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权利要求

1.一种可逆光敏感水凝胶的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感水凝胶。2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:八臂聚乙二醇偶氮苯的分子量为11000~41000g/mol;八臂聚乙二醇-β-环糊精的分子量为19000~49000g/mol。3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精的物质的量比为1:1。4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精的水溶液的质量浓度为15wt%~50wt%。5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述紫外光波长范围为360~370nm,优选为362~365nm;所述白光波长范围为400~700nm,优选为450~480nm。6.权利要求1-5任一项所述的制备方法得到的可逆光敏感水凝胶,所述可逆光敏感水凝胶由溶液转化为凝胶状的时间T液-胶为0.5~3min,由凝胶转化为液态的时间T胶-液为10~30min。7.权利要求6所述的可逆光敏感水凝胶在制备医药载药材料中的应用。8.一种载药凝胶,其特征在于:所述载药凝胶包含权利要求6所述的可逆光敏感水凝胶和药物,所述药物包括抗菌药、消炎止痛药物或促进创面愈合类药物。9.权利要求8所述的载药凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于药品水溶液中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感载药水凝胶。10.如权利要求9所述的制备方法,其特征在于:所述药品水溶液是质量浓度为0.001~3%的药物溶液。

说明书

一种可逆光敏感水凝胶及其制备方法与应用技术领域本发明属于高分子材料制备技术领域,具体涉及一种可逆光敏感水凝胶及其制备方法与应用。背景技术公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。水凝胶是一种能够包含水但不溶于水且与水不发生反应,但能够在水溶液中发生形变的三维网状的高分子聚合物。其中一类水凝胶能够随着周围环境的变化,例如温度、pH值、磁场、电场、压力、渗透压、光强度等变化,通过自身体积的膨胀或收缩来做出响应的这类水凝胶称为智能型水凝胶。根据外界影响因素,可以将智能水凝胶分为智能温敏水凝胶、智能光敏水凝胶、智能pH敏水凝胶与智能电敏水凝胶等。由于光线的变化很容易通过人工作用来实现,因此光敏感型水凝胶是最重要、研究最广泛的智能型水凝胶之一。该类水凝胶通常含有光敏感集团,光是一种非接触式的外源刺激,波长和强度都能够被远程控制,也常被应用于药物载体的设计中。偶氮苯(AZO)是光响应型的官能团,偶氮苯分子存在顺式和反式两种异构体,在UV或可见光照射下能够发生可逆的光异构化过程,从而引起空间结构或亲疏水性的变化。根据水凝胶中官能团的种类不同又可将光敏感型水凝胶分为偶氮苯型、香豆素型、螺吡喃型、邻硝基苄基酯型等。用甲基丙烯酸二异丙胺基乙酯与2-溴代异丁酰溴、N,N,N,N,N″-五甲基二亚乙基三胺、CuBr、芘、盐酸型阿霉素、四氢呋喃、甲醇、二氯甲烷,制备了pH、光双重响应性的水凝胶,具有良好的力学强度和温度响应性,但盐酸性阿霉素是以共混方式加入到体系中的,在反复的溶胀-退胀过程中盐酸阿霉素会逐渐地扩散到外界环境中,导致其pH响应性逐渐减弱直到消失,不具有循环使用性。现有技术中公开了一种光敏感水凝胶,由偶氮苯与四氟硼酸根、六氟磷酸根、硫酸根等酸根离子的化合物为交联剂制取光敏感偶氮苯衍生物,该水凝胶在药物缓释载体中有良好的应用,但是发明人发现,由于采用了交联剂,反应进程不易控制会导致凝胶网络大小不一,受力时易造成适应力集中,在溶胀收缩过程中很难保持网状的规整性,在某种程度上降低了水凝胶的力学强度。现有技术中还公开了一种光敏感水凝胶,由偶氮苯衍生物一端连接胆固醇集团,另一端连接含氮杂环集团,以含氮杂环为pH敏感度段,偶氮苯为光敏感段,所以具有pH与光双敏感性,并且具有良好的相容性。但发明人发现,由于含有含氮杂环,该水凝胶在酸性或碱性条件下光敏感集团不够灵敏。因此,现有的光敏感水凝胶均存在突变范围宽、凝胶强度不够、对介质光敏感度不够灵敏、突变范围不易控制的缺点,有必要对光敏感水凝胶的探究提出新的思路。发明内容针对现有技术的不足,本发明提供一种可逆光敏感水凝胶及其制备方法与应用,该光敏感水凝胶由八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光下溶于水,再在白光照射形成。该凝胶可以随着紫外光-白光-紫外光的照射,实现溶液-凝胶-溶液的循环,这种突出的可逆性使得该水凝胶能够重复使用。同时,该可逆光敏感水凝胶对光线更加敏感,光响应速度快,而且形成的凝胶交联度大,凝胶强度高。为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种可逆光敏感水凝胶的制备方法,包括如下步骤:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感水凝胶。本发明第二方面提供一种上述制备方法得到的可逆光敏感水凝胶。本发明第三方面提供一种上述的可逆光敏感水凝胶在制备医药载药材料中的应用。本发明第四方面提供一种载药凝胶,所述载药凝胶包含上述可逆光敏感水凝胶和药物。本发明第五方面提供一种载药凝胶的制备方法,具体为:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于药品水溶液中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感载药水凝胶。本发明的一个或多个具体实施方式至少具有以下有益效果:(1)本发明提供的水凝胶具有高光敏感性,特别是对白光与紫外光介质响应速度快,外界光的微小变化均能带来膨胀度明显变化,如此快速的响应能力更有助于水凝胶作为药物载体进行广泛应用。(2)本发明提供的水凝胶具有可逆性,能够通过光线的的变换随着紫外光-白光-紫外光的照射,实现溶液-凝胶-溶液的循环,这种突出的可逆性使得该水凝胶能够重复使用。(3)本发明提供的聚氨酯水凝胶采用光交联聚合,避免了引入交联剂等杂质,而且形成的分子网络大小统一,受力时能够分散均匀受力,不存在缺陷,具有较强的抗破裂能力。(4)本发明的聚氨酯具有很好的光介质可控性,因此具有很好的反应可控性,对于凝胶原料具有很高的利用率。具体实施方式应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如背景技术所介绍的,现有技术中的光敏感水凝胶均存在突变范围宽、凝胶强度不够、对介质光敏感度不够灵敏、突变范围不易控制的不足,为了解决如上的技术问题,本发明第一方面提出一种可逆光敏感水凝胶的制备方法,包括如下步骤:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感水凝胶。八臂聚乙二醇偶氮苯分子结构式为:八臂聚乙二醇-β-环糊精分子结构式为:其中,由于偶氮苯基团能随着外界不同光线的照射可以改变存在形式,实现与β-环糊精的主客体作用,该凝胶可以随着紫外光-白光-紫外光的照射,实现溶液-凝胶-溶液的循环,这种突出的可逆性使得该水凝胶可重复使用。而且,本发明采用八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精,两种单体具有结构特殊性,均含有八个活性端基,对光线更加敏感,光响应速度快,而且形成的凝胶交联度大,凝胶强度高。由于本发明采用的八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精的端基上均具有八个活性基团,在相同的情况下,其水溶液中活性端基的含量较大,特别是大量端基偶氮苯基团的存在,其溶液对光线更加敏感,同时大量端基β-环糊精基团的存在,分子间碰撞几率增大,因此形成凝胶的光响应速度也增加;又由于大量的主客体相互作用(相当于多个交联点),从而导致形成高强度凝胶。在本发明的一个或多个实施方式中,八臂聚乙二醇偶氮苯的分子量为11000~41000g/mol。在本发明的一个或多个实施方式中,八臂聚乙二醇-β-环糊精的分子量为19000~49000g/mol。在本发明的一个或多个实施方式中,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精的物质的量比为1:1。在本发明的一个或多个实施方式中,所述八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精的水溶液的质量浓度为15wt%~50wt%。在本发明的一个或多个实施方式中,所述紫外光波长范围为360~370nm,优选为362~365nm。在本发明的一个或多个实施方式中,所述白光波长范围为400~700nm,优选为450~480nm。在本发明的一个或多个实施方式中,八臂聚乙二醇偶氮苯和八臂聚乙二醇-β-环糊精按文献(田甜.基于四臂聚乙二醇形状记忆水凝胶的研究[D].西南交通大学,2019)中的方法制备。本发明第二方面提供一种上述制备方法得到的可逆光敏感水凝胶。该水凝胶具有高达65~80mmHg的抗破裂强度,同时,对光线极为敏感,由溶液转化为凝胶状的时间T液-胶为0.5~3min,由凝胶转化为液态的时间T胶-液为10~30min,显示出显著优异的光反应速度。本发明第三方面提供一种上述的可逆光敏感水凝胶在制备医药载药材料中的应用。本发明第四方面提供一种载药凝胶,所述载药凝胶包含上述可逆光敏感水凝胶和药物,所述药物包括抗菌药、消炎止痛药物或促进创面愈合等药物。由于该可逆光敏感水凝胶对药物的选择性不强,因此是药物的优良载体,且该水凝胶优异的光响应速度使得作为药物载体能够实现精准的药物释放。本发明第五方面提供一种载药凝胶的制备方法,具体为:室温下将八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精在紫外光照射下溶于药品水溶液中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光,八臂聚乙二醇偶氮苯与八臂聚乙二醇-β-环糊精通过主客体作用得到光敏感载药水凝胶。在本发明的一个或多个实施方式中,所述药品水溶液是质量浓度为0.001~3%的药物溶液。为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案,以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。实施例1:室温下将三组质量分别为5.79g八臂聚乙二醇偶氮苯A1(数均分子量为11000g/mol)与9.54g八臂聚乙二醇-β-环糊精B1(数均分子量为19000g/mol);通过在紫外光(362~365nm)条件照射下分别溶解在86.8mL、28.5mL与15.3mL去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光(450~480nm),聚合物A1与聚合物B1通过主客体作用得到光敏感水凝胶G1-Ⅰ、G1-Ⅱ、G1-Ⅲ。实施例2:室温下将10.1g八臂聚乙二醇偶氮苯A2(数均分子量为21000g/mol)与14.54g八臂聚乙二醇-β-环糊精B2(数均分子量为29000g/mol)通过在紫外光(362~365nm)条件照射下混合在45.8ml去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光(450~480nm),聚合物A2与聚合物B2通过主客体作用约0.5~3min得到光敏感水凝胶G2实施例3:室温下将2.1g八臂聚乙二醇偶氮苯A3(数均分子量为41000g/mol)与2.45g八臂聚乙二醇-β-环糊精B3(数均分子量为49000g/mol)通过在紫外(362~365nm)条件照射下混合在8.5ml去离子水中,减压排出溶解的气体,然后将照射光调节成白光(450~480nm),聚合物A3与聚合物B3通过主客体作用约0.5~3min得到光敏感水凝胶G3分析与说明以下方法用于所有实施例,除非另外说明。光敏性能分析:采用倒置试管法确定相变,在紫外光照射下(波长为365nm),将实施例1中纯化的八臂聚乙二醇偶氮苯A配制成不同质量浓度的样品溶液与一定质量浓度的八臂聚乙二醇-β-环糊精B溶液,放入内径为11mm的试管中,在室温下静置15min左右至平衡。每3分钟使波长升高10nm,待溶液胶凝后,将试管取出,若倒置试管凝胶不流动,且能保持10s以上,则发生了由液态到凝胶态的转变,判定对应的水浴温度为样品的转变温度T液-胶。每一样品平行测定4次,取其平均值为材料的转变温度T液-胶降解性能分析:取一块制取得到的凝胶于试管中,然后调节光线波长范围为360~370nm使其在试管中分解直到胶块转化为液体,记为凝胶降解时间。破裂强度测试:取新鲜的猪肠衣上打一个直径约0.15cm(±0.02cm)的洞,将实施例中制备的聚合物A与聚合物B分别在去离子水中溶解,制备成质量分数不等的聚合物水溶液,将水溶液涂抹于此洞,然后调节光线照射波长形成规定厚度的水凝胶,在肠衣下方加压至凝胶破损,记录与传感器连接的数字读出器记录的最大压力数。测定实施例1中不同浓度的聚合物A与聚合物B混合水溶液由液态转化为凝胶态的时间T液-胶和水凝胶G1-I,G1-II,G1-III的破裂强度。测定结果见表1。通过本发明制备的光敏感水凝胶的凝胶,具有较强的抗破裂能力,抗破裂强度达到70mmHg以上。表1不同浓度共聚物水溶液形成凝胶的性能由表1可以看出,随着聚合物A与B水溶液浓度的提高,破裂强度越大,由液态转变为凝胶态所需的时间T液-胶越短,由凝胶态转变为液态时间T胶~液越长。测定实施例1~3中制备的聚合物A与聚合物B的水溶液由液态转化为凝胶态的时间T液~胶与由凝胶态转变为溶液的时间T胶~液,同时测定实施例1中水凝胶G1-Ⅱ及实施例2~3中制备的水凝胶的破裂强度。测定结果见表2。本发明的光敏水凝胶其降解时间、凝胶波长和破裂强度可根据原料分子量、原料类型及水凝胶中共聚物浓度灵活调节,且通过实施例1-3的结果看出,基于八臂聚乙二醇聚合物制备的水凝胶具有较高的破裂强度,并且可以在很短的时间内实现由溶液—凝胶转化,改变照射光的波长,又可实现凝胶—溶液的转变,并具有很好的可重复利用性。表2不同原料类型或投料比的水凝胶的性能测定以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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