一种光引发乳液聚合法制备明胶聚电解质刷的方法

本发明涉及功能高分子材料制备领域，具体涉及到一种光引发乳液聚合法制备明胶聚电解质刷的方法，以及根据该方法制备得到的明胶聚电解质刷。

背景技术：

1、纳米球形聚电解质刷(spherical polyelectrolyte brush,spb)是指聚电解质链以一定的接枝密度连接于纳米球形颗粒表面上而形成的大分子组装结构，传统合成spb球核的材料(如聚苯乙烯、聚丁二烯等)在生物降解方面存在潜在的问题，导致spb在生物医学领域的应用受限。

2、明胶作为天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性、无免疫原性和血液相容性，以明胶作为纳米球形聚电解质刷的核心，结合纳米球形聚电解质刷优良的稳定性、生物润滑性、润湿性等独特的性质，能够广泛应用于组织工程、药物递送系统、免疫诊断等生物医药领域。光引发乳液聚合通过光引发剂接受紫外光照射后产生的自由基引发聚合反应，具有反应速率快、选择性高、结构可控、不需要使用有毒害的催化剂和反应条件温和等优点。

3、因此，如何结合光引发技术，提供一种制备条件更温和、更高效的，且具有良好生物相容性聚电解质刷的制备方法，具有十分积极的意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种光引发乳液聚合法制备明胶球形聚电解质刷的方法，能够制备出粒径均一，且有良好生物相容性的明胶球形聚电解质刷。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种光引发乳液聚合法制备明胶聚电解质刷的方法，是将表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子与聚电解质单体混合，调节反应体系ph值后，在无氧环境下进行紫外灯光照引发聚合反应，制得明胶球形聚电解质刷；其中，所述聚电解质单体选自阴离子型聚电解质单体、阳离子型聚电解质单体、两性离子聚电解质单体或中性聚电解质单体中的任一种；

3、当所述聚电解质单体为阴离子型聚电解质单体或阳离子型聚电解质单体时，调节反应体系ph至所述表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子与聚电解质单体带相反电荷；当所述聚电解质单体为两性离子聚电解质单体或中性聚电解质单体时，调节反应体系ph至所述表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子等电点。

4、上述反应体系在进行聚合反应时，所述聚电解质单体会在光引发剂的作用下在明胶球核表面接枝并形成细长的分子链，最终形成类似“刷子”的结构，制得所述明胶球形聚电解质刷。

5、本发明进一步优选为，所述阴离子型聚电解质单体包括丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)。

6、本发明进一步优选为，所述阳离子型聚电解质单体包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-氨基乙基酯盐酸盐、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

7、本发明进一步优选为，所述两性离子聚电解质单体包括[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵、3-[[2-(甲基内烯酰氧基)基]二甲基氨基]内酸内盐、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱。

8、本发明进一步优选为，所述中性聚电解质单体包括甲基丙烯酸酯、苯乙烯、n-异丙基丙烯酰胺。

9、本发明进一步优选为，所述光引发剂为2-[对-(2-羟基-2-甲基苯丙酮)]-乙二醇-丙烯酸酯(hmem)，所述光引发剂hmem的结构式如下：

10、

11、本发明进一步优选为，所述聚电解质单体和表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子的质量比为(1～15)：1。

12、本发明进一步优选为，所述聚合反应的反应时间为2～3h。

13、本发明进一步优选为，制得的所述明胶球形聚电解质刷链长为10-400nm。

14、本发明进一步优选为，所述种明胶球形聚电解质刷的制备方法，包括如下步骤：

15、s1：以明胶为原料，采用脱溶剂法，并通过加入交联剂使明胶自组装形成明胶纳米粒子；

16、s2：使用甲基丙烯酸酐对制得的所述明胶纳米粒子进行表面改性，制得甲基丙烯酸化明胶纳米粒子；

17、s3：在所述甲基丙烯酸化明胶纳米粒子表面接枝所述光引发剂hmem；

18、s4：将接枝表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子与聚电解质单体混合，并调节反应体系的ph，然后在紫外光照下进行聚合反应。

19、本发明进一步优选为，步骤s4中，实验naoh或hcl溶液调节反应体系的ph。

20、本发明进一步优选为，步骤s1中，所述明胶纳米粒子的制备包括如下步骤：

21、(1)将明胶和去离子水混合，搅拌溶解后，加入浓盐酸，将体系ph值调至1-3；

22、(2)向上述反应体系中，加入过量丙酮至反应体系浑浊度大幅增加，使明胶分子长链发生卷曲形成自组装纳米粒子；

23、(3)加入交联剂戊二醛溶液，使明胶粒子交联固化；

24、(4)加入盐酸胍溶液，中和反应体系中残留的戊二醛，终止交联反应，并将溶液离心、纯化、冷冻干燥，制得所述自组装明胶纳米粒子。

25、本发明进一步优选为，步骤s2中，所述甲基丙烯酸化明胶纳米粒子的制备，包括如下步骤：

26、(1)将所述明胶纳米粒子和碳酸-碳酸氢钠缓冲液(cb缓冲液)进行混合搅拌溶解，并调节ph＝8-10；

27、(2)加入一定量的甲基丙烯酸酐，在50-55℃下进行避光反应；

28、(3)避光反应结束后，将产物在热水中透析纯化，透析袋截留分子量为8-14kda；

29、(4)将经纯化后溶液进行冷冻干燥，制得所需甲基丙烯酸化明胶纳米粒子。

30、本发明进一步优选为，步骤s3中，将甲基丙烯酸酐改性后的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子和所述光引发剂hmem在氮气氛围下混合，70-90℃条件下反应2-3h，得到所述表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子。

31、本发明进一步优选为，在步骤s4中，将所述聚电解质单体溶解于去离子水后，和所述表面接枝光引发剂的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子共同加入到反应装置中，调节溶液ph值，抽充氮气后，在搅拌下进行紫外灯光照射引发聚合反应，反应2-3h后，停止光照，并使用透析袋在去离子水中对反应产物进行透析，制得所述明胶球形聚电解质刷。

32、本发明进一步优选为，所述种明胶球形聚电解质刷的制备方法，包括如下步骤：

33、s1：将明胶和去离子水加入到三口烧瓶中，在35-50℃条件下搅拌溶解，然后滴加浓盐酸，将体系ph值调控至1-3；

34、s2：加入大量丙酮使得明胶分子长链发生卷曲形成自组装纳米粒子；

35、s3：加入交联剂戊二醛，使明胶粒子交联固化；

36、s4：加入盐酸胍溶液，中和体系中残留的戊二醛，终止交联反应，并将产物离心纯化，制得明胶纳米粒子；

37、s5：将明胶纳米粒子、cb缓冲液和额外的去离子水在烧瓶中混合，使明胶纳米粒子浓度达到1-3wt％，45-55℃下充分搅拌；

38、s5：将甲基丙烯酸酐(ma)加入上述混合体系中，在500-700rpm的磁力搅拌下，反应1.0-2.0h，反应结束后用去离子水透析纯化得到甲基丙烯酸酐改性后的明胶纳米粒子；

39、s6：将制得的甲基丙烯酸化明胶纳米粒子(gel-ma)和光引发剂hmem在烧瓶中氮气氛围下混合，75-85℃条件下反应2-3h，得到gel-hmem；

40、s7：将聚电解质单体溶解于去离子水后，和gel-hmem共同加入到烧瓶中，并用naoh或hcl调节溶液ph值；

41、s8:抽充氮气后，在750-850rpm磁力搅拌下，紫外灯光照条件下反应2-3h后，用透析袋在去离子水中透析，即可得到明胶球形聚电解质刷。

42、本发明还提供一种根据上述任意一项所述制备明胶聚电解质刷的方法制备出的明胶球形聚电解质刷。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、(1)本发明采用光引发乳液聚合法，光乳液聚合法属于“从表面接枝”方法，表面接枝密度较高，并且可以通过光引发剂的加入量调控接枝密度，可以通过改变单体量、反应时间、离子强度以及ph值调节明胶球形聚电解质刷的刷层厚度。

45、(2)本发明通过光引发聚合成功合成了新型明胶球形聚电解质刷，该材料具有可控的聚电解质链长，且制备过程中没有引入难以除去的有毒物质，拥有良好的生物相容性，使其在生物医学应用中具有广阔的应用前景。

46、(3)本发明制备过程中，甲基丙烯酸酐作为表面改性试剂，2-[对-(2-羟基-2-甲基苯丙酮)]-乙二醇-丙烯酸酯(hmem)作为光引发剂，采用光引发乳液聚合法制备明胶球形聚电解质刷，重复性好，实验条件温和，常温下进行即可，并且所需时间更短，产品形貌规整、粒径均一。