一种可降解聚两性电解质微凝胶的制备方法 技术领域 本发明涉及一种可降解聚两性电解质微凝胶的制备方法， 属有机高分子聚合物胶 体粒子制备方法的技术领域。
背景技术 微凝胶是一种分子内交联的聚合物胶体粒子， 其内部结构介于支链聚合物和宏观 网状交联聚合物之间， 通常以胶态形式分散溶胀于溶剂中， 其粒径在 50-500nm 之间， 溶胀 的微凝胶可在溶剂中形成胶体状分散体， 微凝胶具有粒径小、 比表面积大、 响应速度快、 空 间稳定性好、 水化程度高、 易于功能化， 其结构可控， 能够在水中溶胀， 而又不溶解， 生物相 容性好， 可在蛋白质吸附、 分离、 固定化酶、 药物控制释放体系、 组织工程等领域应用。
微凝胶在温度、 离子强度、 酸碱度和光照射时发生变化， 其体积会发生膨胀或收 缩， 并引起其他性能变化， 故又称智能型微凝胶。
聚两性电解质微凝胶， 分子链上既带有正电荷基团， 又带有负电荷基团， 故称聚两 性电解质微凝胶， 由于聚合物网络上存在相反的带电基团， 内部存在多重平行或相互竞争 的作用， 故聚两性电解质微凝胶具有独特性质， 例如在等电点时处于收缩状态， 在偏离等电 点时， 在酸碱度条件下处于溶胀状态， 与阴离子型和阳离子型聚电解质微凝胶相比， 聚两性 电解质微凝胶具有与生物大分子蛋白质核酸结构相似性和良好的生物相容性， 使其在医药 载体领域具有潜在的应用价值。
目前， 制备聚两性电解质微凝胶的方法有溶液聚合法、 无皂乳液聚合法、 分散聚合 法等， 这些方法大都存在单体水溶液浓度低、 固含量低、 产物粒径大、 比表面积小、 溶胀速率 慢等问题。
发明内容
发明目的
本发明的目的就是针对背景技术的现状和不足， 采用可降解交联剂， 改变单体配 料方式， 采用反相微乳液聚合法制备聚两性电解质微凝胶， 以大幅度提高微凝胶的物理性 能， 使制备高性能聚两性电解质微凝胶成为可能。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为 ： 甲 基 丙 烯 酸、 甲 基 丙 烯 酸 二 乙 氨 基 乙 酯、 N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺、 失水山梨醇单油酸酯、 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、 异辛烷、 过 硫酸铵、 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺、 盐酸、 氢氧化钠、 氯化钠、 丙酮、 去离子水、 洁净水、 氮 3 气， 其组合用量如下 ： 以克、 毫升、 厘米 为计量单位
甲基丙烯酸 ： MAA
甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 ： DEA
N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺 ： CBA
失水山梨醇单油酸酯 ：
聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 ：
异辛烷 ：
过硫酸铵 ： (NH4)2S2O8 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺 ：5g±0.001g盐酸 ： HCl 45ml±0.1ml
氢氧化钠 ： NaOH 20g±0.01g
氯化钠 ： NaCl 20g±0.01g
丙酮 ： CH3COCH3 2000ml±5ml
去离子水 ： H2O 100000ml±50ml
洁净水 ： H2O 10000ml±50ml
氮气 ： N2 100000cm3±50cm3
制备方法如下 ：
(1) 精选化学物质材料
对制备所需的化学物质材料要进行精选， 并进行质量纯度控制 ：
甲基丙烯酸 ： 液态液体 99.5％
甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 ： 液态液体 99.5％
N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺 ： 固态固体 99.5％
失水山梨醇单油酸酯 ： 液态液体 95％
聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 ： 液态液体 95％
异辛烷 ： 液态液体 99.0％
过硫酸铵 ： 固态固体 99.5％
N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺 ： 液态液体 99.5％
盐酸 ： 液态液体 浓度 37％
氢氧化钠 ： 固态固体 99％
氯化钠 ： 固态固体 99.5％
丙酮 ： 液态液体 99.5％
去离子水 ： 液态液体 99.99％
洁净水 ： 液态液体 80％
氮气 ： 气态气体 99.99％
(2) 配置反相微乳液
①配置水相溶液
将甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 4.8ml， 置于烧杯中， 然后加入甲基丙烯酸 3.05ml， 用 搅拌器搅拌 2min， 成： 单体混溶物 ；
将去离子水 17.5ml 加入单体混溶物中， 用搅拌器搅拌， 时间 6min， 成： 澄清水相 液；
将交联剂 N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺 0.0375g， 加入澄清水相液中， 用搅拌器搅拌 2min ；
在配置澄清水相液过程中， 将发生化学物理反应 ；
②配置油相溶液
将乳化剂失水山梨醇单油酸酯 8.2ml、 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 5.2ml， 置于 烧杯中， 用搅拌器搅拌 2min， 然后加入油相异辛烷 55.6ml， 继续搅拌 10min， 成： 澄清油相溶 液；
在配置澄清油相溶液过程中， 将发生化学物理反应 ；
③配置油包水反相微乳液
以澄清油相溶液为母液， 置于三口烧瓶中 ；
在三口烧瓶上插入滴液漏斗， 将澄清水相溶液置于滴液漏斗中， 然后进行滴加， 滴 加速度 0.9ml/min， 边滴加边搅拌， 时间 30min， 成： 透明泛微蓝光油包水反相微乳液 ；
在配置油包水反相微乳液过程中， 将发生化学物理反应 ；
(3) 聚合制备聚两性电解质微凝胶
①制备在四口烧瓶、 水浴缸、 电热皿设备上进行 ；
②在电热皿上置放水浴缸， 在水浴缸上部置放四口烧瓶， 在水浴缸内加入洁净水 5000ml， 成水浴水， 四口烧瓶浸没在水浴水中， 浸没深度为烧瓶的 3/4 ；
③在四口烧瓶上， 从左至右依次插入氮气管、 滴液漏斗、 磁力搅拌器、 出气管 ；
④分别配制氧化 - 还原引发剂 1) 配制过硫酸铵 + 去离子水引发剂
将过硫酸铵 1g 置于烧杯中， 然后加入去离子水 10ml， 用搅拌器搅拌 1min， 成： 过硫 酸铵水溶液 ；
2) 配制 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺 + 去离子水引发剂
将 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺 0.13ml 置于烧杯中， 然后加入去离子水 10ml， 用 搅拌器搅拌 1min， 成： N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺水溶液 ；
⑤开启电热皿， 使其升温， 水浴缸中的水浴水温度升至 30℃ ±2℃， 并在此温度恒 定；
⑥开启氮气瓶、 氮气阀， 向四口烧瓶输入氮气， 氮气输入速度为 20cm3/min， 驱除四 口烧瓶内氧气及有害气体， 氮气输入时间 30min ；
⑦加入引发剂过硫酸铵水溶液
用微量注射器取 0.2ml 过硫酸铵水溶液置于滴液漏斗中， 开启磁力搅拌器、 控制 阀， 进行滴加， 边滴加边搅拌， 时间 10min ；
⑧加入引发剂 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺水溶液
用微量注射器取 0.2mlN， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺水溶液置于滴液漏斗中， 开启 磁力搅拌器、 控制阀， 边滴加边搅拌， 时间 10min ；
⑨冷却、 静置
加入引发剂后， 在四口烧瓶中将进行聚合反应， 时间 240min±2min ；
关闭电热皿、 氮气瓶、 搅拌器， 使水浴缸内的水浴水温度自然冷却至 20℃ ±2℃， 成： 聚两性电解质微凝胶乳液 ；
⑩在加入引发剂、 输入氮气过程中， 出气管将散出氮气、 氧气及有害气体 ；
在聚合制备聚两性电解质微凝胶过程中将发生化学反应， 反应式如下 ：
产物结构式 ：
式中 ：
C： 碳原子Et ： 乙基S： 硫原子 羧基负离子H： 氢原子羧基负离子 氮正离子 氮正离子x： 聚合度 y： 聚合度 (4) 加入丙酮、 破乳沉淀z： 聚合度k： 聚合度将冷却后的聚两性电解质微凝胶乳液留置四口烧瓶内 ；
将丙酮 50ml 加入滴液漏斗中， 向四口烧瓶滴加 ；
开启磁力搅拌器， 边滴加、 边搅拌， 时间 10min ；
聚两性电解质微凝胶乳液变为 ： 澄清 + 沉淀状态， 反相微乳液破乳， 成： 澄清 + 沉 淀混合物， 即： 聚两性电解质微凝胶聚合物澄清 + 沉淀混合物 ；
(5) 抽滤
将聚两性电解质微凝胶聚合物澄清 + 沉淀混合物， 置于抽滤瓶上的布氏漏斗中， 用三层中速定性滤纸进行抽滤， 产物滤饼留在滤纸上， 废液抽至滤瓶中， 产物滤饼即为 ： 聚 两性电解质微凝胶 ；
(6) 洗涤、 抽滤
将产物滤饼置于烧杯中， 加入丙酮 100ml， 用搅拌器搅拌洗涤 ；
洗涤后置于抽滤瓶上的布氏漏斗中， 用三层中速定性滤纸进行抽滤， 滤纸上留存 产物滤饼， 废液抽至滤瓶中 ；
洗涤、 抽滤重复进行十次 ；
(7) 透析
将滤饼放入透析袋内， 加入去离子水 100ml， 去离子水的体积为透析袋体积 2/3， 然后将透析袋放入盛有 500ml 去离子水的玻璃杯中进行透析， 每隔 1440min 换一次去离子 水， 透析时间 168h， 透析后成 ： 分散液 ；
(8) 离心分离
将透析后的分散液置于离心釜内， 进行离心分离， 离心转速 8000r/min， 时间 45min±2min， 成： 胶态产物 ；
(9) 真空干燥
离心分离后的胶态产物置于石英产物舟中， 然后置于真空干燥箱中进行干燥， 干 燥温度 50℃ ±2℃， 真空度 10Pa， 干燥时间 480min±2min ；
干燥后得最终产物， 即： 乳白色、 网孔形、 疏松状聚两性电解质微凝胶粉体颗粒 ；
(10) 检测、 分析、 表征
对制备的乳白色、 网孔形、 疏松状聚两性电解质微凝胶粉体颗粒的形貌、 色泽、 化 学成份、 颗粒直径、 化学物理性能进行分析、 表征 ；
用透射电镜进行形貌分析 ；
用红外光谱仪， 进行单体及单体混溶物特征官能团吸收峰测量 ；
用自动吸附仪， 进行产物比表面积及网孔直径测量 ；
用动态光散射法， 在波长 600nm、 散射角 90 度、 20℃恒温下， 进行产物粒径测量 ；
用调节酸碱度、 紫外 - 可见分光光度法， 在波长 600nm 下， 进行产物分散液透光率 测量 ；
用紫外 - 可见分光光度法， 在波长 600nm、 等电点范围 pH ＝ 6 状态下， 进行产物反 聚电解质效应测量 ；
结论 ： 产物为乳白色、 网孔形、 疏松状聚两性电解质微凝胶粉体球形颗粒 ； 干态球 2 -1 形颗粒平均直径为 80nm， 比表面积为 48.478/m · g ， 网孔平均直径为 30.23nm， 等电点处粒 子流体力学直径为 105.7nm ；(11) 储存
对制备的乳白色网孔形疏松状聚两性电解质微凝胶粉体颗粒产物， 密闭储存于无 色透明的玻璃容器中， 置于阴凉、 干燥、 洁净环境， 要防潮、 防晒、 防酸、 碱、 盐侵蚀， 储存温度 20℃ ±2℃， 相对湿度≤ 10％。
所述的可降解聚两性电解质微凝胶的制备， 是以甲基丙烯酸、 甲基丙烯酸二乙氨 基乙酯为原料， 以可降解的 N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺为水相交联剂， 以失水山梨醇单油酸 酯、 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯为水相 - 油相表面活性剂， 以异辛烷为油相溶剂， 以去离 子水为水相溶剂、 引发剂溶剂， 以丙酮为破乳沉淀剂、 洗涤剂， 以洁净水为水浴水， 以盐酸、 氢氧化钠为酸碱度 pH 值调节剂， 以氯化钠为盐浓度调节剂。
所述的聚两性电解质微凝胶的聚合， 是在四口烧瓶、 水浴缸、 电热皿加热、 水浴、 充 氮气状态下完成的， 四口烧瓶 7 置于水浴缸 5 上， 水浴缸 5 置于电热皿 1 上， 在电热皿 1 上 设有显示屏 2、 控制开关 3、 指示灯 4， 在水浴缸 5 内为水浴水 6， 在四口烧瓶 7 上部从左至右 依次设置氮气管 10、 滴液漏斗 11、 搅拌器 12、 出气管 13， 滴液漏斗 11 上设置控制阀 17， 氮气 管 10 连接氮气阀 9、 氮气瓶 8， 氮气瓶 8 向四口烧瓶 7 内输送氮气 14、 在四口烧瓶 7 内加入 反相微乳液 15， 引发剂 16 由滴液漏斗 11 加入， 并与反相微乳液 15 进行化学反应。 有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性， 采用了新的制备工艺流程， 对所需的 化学物质进行精选， 并进行纯度控制， 先配制反相微乳液， 用甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 + 甲 基丙烯酸 + 去离子水 + 可降解的交联剂 N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺制成水相溶液， 用失水 山梨醇单油酸酯 + 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 + 异辛烷制成油相溶液， 以油相溶液为母 液制成透明泛微蓝光油包水反相微乳液， 然后在四口烧瓶中、 在水浴缸上、 在恒温 30℃状态 下， 在搅拌、 充氮条件下进行聚合， 先后加入氧化 - 还原引发剂过硫酸铵水溶液、 N， N， N′， N′ - 四甲基乙二胺水溶液， 反应静置后， 制成聚两性电解质微凝胶乳液， 经丙酮破乳沉淀、 洗涤、 抽滤、 透析、 离心分离、 真空干燥， 制得乳白色、 网孔形、 疏松状聚两性电解质微凝胶粉 体颗粒产物， 此制备方法先进合理， 使用设备少， 工艺流程短， 产收率高， 可达 95.5％， 产物 2 -1 纯度好， 可达 99.6％， 产物粒子比表面积为 48.478/m ·g ， 网孔平均直径为 30.23nm， 等电 点处粒子流体力学直径为 105.7nm， 具有降解特性， 使微凝胶从网络结构降解为线性结构， 具有良好的可降解性， 在药物释放和人体组织工程方面有良好的应用前景 ； 由于采用了微 溶于去离子水的甲基丙烯酸二乙氨基乙酯与甲基丙烯酸相混溶， 使微凝胶大分子链上的两 种单体结构单元分布均匀， 微凝胶粒子表面的电荷分布均匀， 有利于提高微凝胶分散液的 稳定性和对带电荷物质的吸附率。
附图说明
图 1 为制备工艺流程图 图 2 为聚合状态图 图 3 为产物形貌图 图 4 为产物红外光谱图 图 5 为产物粒径随 pH 值变化图 图 6 为产物溶胀率随 pH 值变化图图 7 为产物分散液透光率随 pH 值变化图
图 8 为等电点范围 pH ＝ 6 处不同浓度氯化钠溶液下产物反聚电解质效应图
图中所示， 附图标记清单如下 ：
1、 电热皿， 2、 显示屏， 3、 控制开关， 4、 指示灯， 5、 水浴缸， 6、 水浴水， 7、 四口烧瓶， 8、 氮气瓶， 9、 氮气阀， 10、 氮气管， 11、 滴液漏斗， 12、 搅拌器， 13、 出气管， 14、 氮气， 15、 反相微乳 液， 16、 引发剂， 17、 控制阀。 具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明 ：
图 1 所示， 为制备工艺流程图， 要严格按工艺参数进行， 按序操作。
在制备过程中， 使用的化学物质材料是在预先设置的范围内确定的， 以克、 毫升、 3 3 厘米 为计量单位， 当工业化制取时以千克、 升、 米 为计量单位。
制备所需的电热皿、 水浴缸、 四口烧瓶、 三口烧瓶、 氮气管、 滴液漏斗、 搅拌器、 出气 管、 烧杯、 抽滤瓶、 布氏漏斗、 真空干燥箱、 石英产物舟、 容器、 滤纸等要保持洁净， 不得有杂 质介入， 以防产生副产物。 交联剂 N， N′ - 双 ( 丙烯酰 ) 胱胺可降解。
制备使用的反相微乳液， 即 W/O 型， W 为水相， O 为油相， 为油包水型。
制备使用的单体材料甲基丙烯酸 MAA 与甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 DEA 的质量比 为： MAA ∶ DEA ＝ 6 ∶ 4， 其他化学物质按这一比值进行计算使用， 要严格控制比例、 量值关 系， 否则将影响产物的产收率和产物纯度。
单体 MAA 中羧基 -COOH 与单体 DEA 中氨基 -N(CH2CH3)2 发生了相互作用， 形成弱的 叔胺盐。
产物粒子在低 pH 或高 pH 条件下， 粒径大， 处于溶胀状态， 在等电点范围处的粒径 小， 处于收缩状态， 等电点范围为 ： pH ＝ 5 ～ 6。
产物粒子溶胀率为 Q， Q ＝ Dh/Dh，IEP， Dh 为任意 pH 时粒子流体力学直径 Dh，IEP 为等 电点 IEP 范围处粒子流体力学直径， 粒子在 pH ＝ 2 的条件下溶胀率为 1.72， 在 pH ＝ 11 的 条件下溶胀率为 2.47。
等电点 IEP 范围处产物微凝胶粒子分散液透光率可达 80％。
pH ＝ 6 时， 当微凝胶分散于氯化钠浓度≥ 0.05mol/L 的水溶液中， 分散液透光率增 大， 产物具有反聚电解质效应。
图 2 所示， 为聚合反应状态图， 四口烧瓶瓶浸于水浴缸内的水浴水内， 浸泡深度为 试瓶的 3/4， 水浴水温度恒定在 30℃ ±2℃， 并由电热皿控制。
出气管要畅通， 以保证安全。
搅拌器要匀速转动， 可定时换向搅拌， 使搅拌均匀。
反相微乳液要由滴液漏斗先行置放， 然后再加入引发剂。
图 3 所示， 为产物形貌图， 图中可知 ： 产物粒子呈圆球形颗粒， 标尺单位为 100nm。
图 4 所示， 为两种单体与混溶物的红外光谱图， 纵坐标为透光率， 横坐标为波数， -1 -1 -1 -1 图中可知 ： 3000cm 处的宽峰移至高波数 3430cm 及 2260cm ～ 2370cm 处出现了叔胺盐 的弱吸收峰， 说明 MAA 中羧基 -COOH 与 DEA 中氨基 -N(CH2CH3)2 发生了相互作用， 形成了弱
的叔胺盐。
图 5 所示， 为产物粒径随 pH 值变化图， 图中可知 ： 产物粒子在低 pH 或高 pH 条件 下， 粒径大， 处于溶胀状态， 在等电点范围处粒径小， 处于收缩状态， 等电点范围为 pH ＝ 5 ～ 6。
图 6 所示， 为产物溶胀率随 pH 值变化图， 图中可知 ： 产物粒子在 pH ＝ 2 的条件下 溶胀率为 1.72， 在 pH ＝ 11 的条件下溶胀率为 2.47。
图 7 所示， 为产物分散液透光率随 pH 值变化图， 图中可知 ： 产物具有 pH 响应性， 等 电点范围处分散液透光率可达 80％。
图 8 所示， 为产物等电点范围 pH ＝ 6 处不同浓度氯化钠溶液下产物反聚电解质效 应图， 图中可知 ： 当产物分散于氯化钠浓度≥ 0.05mol/L 的水溶液中， 分散液透光率增大。