一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶及其制备方法
【专利说明】一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种水凝胶及其制备方法，属于功能高分子材料制造及应用领域，具体涉及一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0003]水凝胶是亲水的聚合物网络，它能够吸收大量的水分，但由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中，只能溶胀且保持一定的形状。水凝胶具有良好的生物相容性、水渗透性，而且通过人工合成可得到不同微观结构和性能的水凝胶材料。由于水凝胶材料含水量高、柔软、具有橡胶般的粘弹性、良好的生物相容性及众多其他的物理化学特性，在医药、生理卫生、农林园艺、食品、化妆品、石油化工、环保产品等领域得到了广泛的研究与应用。智能水凝胶是水凝胶中一种较为新颖的类型，它能够感知外界环境或内部状态所发生的变化，而且能够对外界环境变化做出响应，具有反馈功能、响应功能、自诊断功能等。智能水凝胶将水凝胶对功能物质的高容纳性、可塑性、弹性、特有的体积相变行为与智能响应性相结合，拓宽了水凝胶的类型及应用。智能水凝胶在很多高端领域的应用得到了广泛研究，如人造肌肉、药物控制释放载体、化学转换器、记忆元件开关、调光材料、化学机械器件等。温敏水凝胶是智能水凝胶的一种类型，同时是水凝胶中开发应用较多的一种类型。申请号为201410018764.3的中国专利申请，公开了一种胶原酶温敏水凝胶，胶原酶温敏水凝胶在注射到病灶部位后，慢慢升温至体温，形成原位水凝胶，此水凝胶能缓慢地将胶原酶释放出来，使胶原酶集中在病变部位发挥药效，胶原酶温敏水凝胶局部给药能减少向正常组织扩散，与粉针剂型胶原酶相比扩散减少了 30-80%。
[0004]聚合物水凝胶的凝胶基质包括天然高分子、改性天然高分子、合成高分子。天然高分子水凝胶及改性天然高分子水凝胶的特性受高分子结构影响较大，不能在很大幅度内调节凝胶的结构及性能，因而不能满足各领域多样化的应用需求。合成高分子水凝胶由于结构设计的灵活性、原料来源方便、易于大规模生产因而是水凝胶中的主要类型。但当前合成水凝胶的类型主要为不可降解的高分子类型，不可降解高分子的环境相容性较低，过度使用易造成白色污染，而且来源于石油、天然气等不可再生资源，大规模应用将加剧能源及资源危机。因此开发可降解且原料来源于可再生资源的新型水凝胶是高分子水凝胶的发展方向。
[0005]可降解聚酯是一种生物医用价值和潜力十分巨大的合成型可降解高分子，可以制造生物组织及器官，可用作手术辅助材料，还可用于日用环保健康产品的制造。但是基于可降解聚酯的水凝胶的相关开发工作却不是很多，关于可降解聚酯智能水凝胶的开发工作则相对更少，但将可降解聚酯引入水凝胶领域，对于拓宽可降解聚酯水凝胶的类型及应用领域具有重要的科学及实践意义。将可降解聚酯引入水凝胶制备，有利于增加所装载的活性成分的控制释放特性，增加适合装载的活性成分的类型，优化水凝胶的结构及物理、化学特性。可降解聚酯温敏智能水凝胶是一个新兴技术领域，具有广阔的发展前景，但当前研究开发相对较少。已出现的可降解聚酯温敏智能水凝胶一般在较长和较慢的升温过程中凝胶，凝胶之后体系变为白色浑浊，降低温度凝胶无法恢复成溶胶，属于典型的不可逆不透明凝胶，不适合于反复转变的应用场合，不适合于快凝应用场合，易造成疏水性功能物质的相分离，不利于疏水性功能物质的装载，不适合观察和研究功能性物质的释放，凝胶温度多出现在体温之下的低温场合，不适合高温凝胶条件下的应用，不适合拓展到功能材料制造等其它领域。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶及其制备方法，该水凝胶可有效解决上述问题。同时满足药物、生物活性成分及其它功能性物质的多样化控制释放需求，拓宽可降解聚酯智能水凝胶的类型及应用，促进可降解聚酯智能水凝胶向复合功能材料制造领域拓展，实现功能成分的相对快速释放，使有色功能成分的释放实现可视化，满足光谱法监测释放动力学的需求。
[0007]本发明通过以下技术方案来实现:
一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶，其特征在于:所述水凝胶主要由可降解聚酯及介质构成，所述介质为去离子水、磷酸缓冲溶液中的任意一种，所述介质的质量是所述可降解聚合物质量的3-9倍，所述可降解聚酯为多元三嵌段共聚物并由以下结构单元构成:氧亚乙基、氧-1，3-亚丙基、氧己酰基、氧-2-甲基乙酰基，所述氧-1，3-亚丙基与氧亚乙基的物质的量之比为0:1-0.4:1，所述氧-2-甲基乙酰基与氧己酰基的质量之比为0:1-0.4:1，所述氧亚乙基及氧-1，3-亚丙基构成的嵌段的数均化学式量为1500-2500，所述氧己酰基与氧-2-甲基乙酰基构成的嵌段的数均化学式量与氧亚乙基及氧-1，3-亚丙基构成的嵌段的数均化学式量之比为1: 1.8-1:2.8。
[0008]本发明还公开了一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶的制备方法，包括下列步骤:
(I )、称量数均分子量为1500-2500的双端羟基聚乙二醇或双端羟基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)加入到反应器中，称量酯单体、催化剂加入到反应器中，催化剂的质量与双端轻基聚乙二醇或双端轻基聚(氧化乙稀-CO-氧化丙稀)的质量比值为1:100-1:2000，量取无水无氧的芳烃溶剂并加入到反应器中；
(2)、用高纯氮气或高纯氩气置换反应器中的空气，然后将反应体系升温至1400C -150°c，反应 20h-30h ；
(3)、反应体系冷却至40°C-60°C后，向其中加入石油醚，石油醚的体积是步骤(I)所述芳烃溶剂体积的1-6倍，振荡后去除上层液体；
(4 )、向步骤(3 )的产物中加入石油醚，石油醚的体积(mL)与步骤(2 )的产物的质量(g)的比值为0.5:1-1.5:1，振荡后去除上层液体；
(5)、将步骤(4)的产物在2Pa -100Pa、80°C _100°C的条件下干燥20h_30h ；
(6)、向步骤(5)的产物加入去离子水或磷酸缓冲溶液中的任意一种介质，介质的质量是所述步骤(5)产物质量的3-9倍，通过加热、振荡、冷却等方法制得水溶胶，该水溶胶在温度35°C _52°C的条件下可形成透明水凝胶，凝胶时间为1.5 min -15min，当温度小于35°C时，又恢复成流动的水溶胶，所形成的凝胶具有较高的透明性，5mm光程条件下对600nm波长的光的吸光度在0.02-0.5之间。
[0009]进一步地，在步骤(I)中，所述的双端羟基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)中，氧化丙烯与氧化乙烯的物质的量之比为0:1-0.4:1，所述的酯单体为己内酯、丙交酯，丙交酯与己内酯的质量之比为0:1-0.4:1，所述的催化剂为异辛酸锌、辛酸亚锡中的1-2种，所述的芳烃溶剂为甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯中的任意一种，芳烃溶剂的体积(mL)与双端羟基聚乙二醇或双端羟基聚(氧化乙烯-Co-氧化丙烯)、酯单体的质量和(g)之比为0.6:1-1.2:1。
[0010]本发明的新型水凝胶突破了现有温敏可降解聚酯水凝胶的多项特性局限，提高了凝胶速度及凝胶温度，使凝胶透明化，赋予凝胶以良好的可逆性，因而也拓宽了可降解聚酯温敏水凝胶的应用领域，可广泛用于生物医学、功能材料制备、石油开采及温度指示等领域。
[0011]本发明所述的一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶是基于可降解聚酯的水凝胶，可生物降解聚酯本身可以降解，一方面在降解的过程中实现功能成分的控制释放，另一方面使得水凝胶具有极高的环境和生物相容性。将可生物降解聚酯引入水凝胶制备，增加了所装载的活性成分的控制释放特性，增加了适合装载的活性成分的类型，优化了水凝胶的结构及物理、化学特性。
[0012]本发明所述的一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶是一种温敏型智能水凝胶，但与同类温敏水凝胶相比具有显著的性能差异，突破了同类温敏水凝胶的众多性能局限，具有优异的温度敏锐性，是名副其实的温敏型水凝胶，凝胶温度具有准确的确定性，与升温历史无关，只与聚酯的结构、合成方法及浓度有关。特定组成及浓度的水溶胶在特定温度形成凝胶而不是在一个温度范围或区间形成凝胶，凝胶的温度响应性特点十分明显，与升温过程中的速率无关。
[0013]本发明所述的一种具有快速凝胶能力的透明型温敏可逆可降解聚酯水凝胶是一种温敏型智能水凝胶，但与同类温敏水凝胶相比具有十分快的凝胶速度，可在1.5-15min内形成凝胶，十分适合于快凝场合应用，有利于减少凝胶之前、施用之后聚合物溶胶的流失，降低应用过程中的经济消耗，减少对邻近区域的负面影响，同时有利于提高基于水凝胶的功能材料制造过程的生产效率，有利于实现水不溶物性功能物质的均匀包裹，减少凝胶包裹前功能性物质从凝胶体系的分离。这种特点对于生物医学应用而言，有利于提高药物的利用率，减少药物的毒性和刺激性，提高释放过程的控制性。
[0014]本发明所述的一种具有快速凝胶能力的透明型