技术领域
本发明涉及水凝胶及合成方法，具体涉及一种高溶胀性 双重响应水凝胶及合成方法。
背景技术
随着生命科学和高分子材料科学的迅猛发展，智能水凝 胶由于自身所具有的独特性质，越来越受到人们的重视，特 别在制备人工器官和药物释控制放系统等生物医学等方面。 智能水凝胶能感知环境变化，如温度、pH值、溶剂组成、 离子浓度等的微小变化，其体积产生不连续的变化，即体积 相转变。
温度及pH双重敏感智能高分子凝胶材料在生物医学等 方面有着广阔应用前景。pH和温度变化在药物可控释放过程 中是最容易得到又便于操作的两种刺激信号，也是生理、生 物和化学系统中的两个重要因素。在众多的智能水凝胶中聚 (N—异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶是一种最典型的 对温度敏感型的高分子智能凝胶材料，在32℃左右水溶液中 有一个较低临界溶解温度(LSCT)。当环境温度高于LSCT， 水凝胶剧烈收缩失水，当环境温度低于LSCT，水凝胶重新 溶胀，发生可逆性相转变。羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan，CMCS)是壳聚糖经羧甲基化反应后得到的一类甲壳 素衍生物，具有生物相容性、生物可降解性、水溶性、保湿 性、安全无毒性、抗菌性等优良性能的天然高分子材料。它 的分子中含有弱碱阳离子(-NH3+)基团，又含有弱酸阴离子 (-COO-)基团，是一种两亲性聚电解质，具有特殊的pH敏 感性。在环境pH发生变化时会接受或给予质子，亲水/疏水 性发生变化，导致凝胶的溶胀率也变化。如在恒定的温度下， 当pH值大于5.5时，凝胶的溶胀率随pH值的增大而增大。 而在pH值小于5.5，凝胶的溶胀率随pH值的减小而增大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高溶胀性双重水响应水凝 胶及合成方法，通过N—异丙基丙烯酰胺与羧甲基壳聚糖接 枝聚合得到水凝胶，此种方法合成的水凝胶具有很高的溶胀 性能及良好的温度和pH敏感性能，具有对生物体无毒性、 良好的生物相容性和生物可降解性，可应用于药物释放体 系、酶的固定、蛋白质分离和纯化等生物医学领域。
本发明的技术解决方案是该水凝胶具有以下化学结构 式：
本发明的水凝胶的合成方法就是通过N—异丙基丙烯酰 胺、引发剂、羧甲基壳聚糖在二次蒸馏水中无氧的条件下加 热接枝聚合得到PNIPAAm-g-CMCS水凝胶。
本发明的水凝胶的合成方法中，羧甲基壳聚糖还可以是 海藻酸钠、氨基酸。
本发明的水凝胶的合成方法中，引发剂为：过硫酸铵、 偶氮二异丁腈、N，N，N′，N′—四甲基乙二胺、硝酸铈铵。
本发明的水凝胶的合成方法包括以下具体步骤：1、依 羧甲基壳聚糖计，将质量比2-3：100-400的羧甲基壳聚糖和 单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)溶解在质量比2-3：2-4 的蒸馏水中，待单体和羧甲基壳聚糖充分溶解后把溶液加入 到反应器中，搅拌，通氮气30-60min除去体系中的氧气；
2、依羧甲基壳聚糖计，将质量比2-3：1-2的过硫酸铵 溶解在蒸馏水中形成水溶液倒入上述反应器中，再通氮气30 min，将反应器密封置于恒温水浴，温度60—85℃接枝聚合， 反应3—5h，整个溶液由无色慢慢变为乳白色；
3、反应结束后，将乳白色溶液放入30℃真空干燥箱真 空干燥20—35h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发 剂等物质；
4、用丙酮多次冲洗粗干凝胶，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、 引发剂等杂质，溶胀后加热到40—50℃消胀，溶胀消胀重复 多次，最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥 48h，至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
本发明具有以下优点：1、所合成的接枝水凝胶具有生 物相容性、生物可降解性、温度和pH敏感性，对于不同给 药途径和目的提供了更多的选择，可以减少药物的副作用而 达到定向释放的目的。
2、水凝胶有空间网状结构，相互贯通，很大程度上减 少了水分子在水凝胶中的扩散阻力，同时也为水分子提供了 更大的容纳空间，具有大的孔径结构，较好的溶胀性能，比 传统的合成的水凝胶具有更高的溶胀率。
3、接枝水凝胶相转变温度未发生改变，对温度的响应 更加敏感，用差示扫描量热仪(DSC)测得的2种水凝胶的 LCST都在32℃左右，并没有明显的差异。
4、凝胶合成方法安全可靠、操作简单，材料易得，反 应条件温和，反应介质为水，后处理简便。
5、凝胶的溶胀性具有可逆性，可以反复溶胀和消胀， 凝胶的溶胀性能没有发生改变。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明。应 理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方 式限制本发明的范围。
实例1：
1、将0.5g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和10mg 羧甲基壳聚糖溶解在10ml的蒸馏水中，待单体和羧甲基壳 聚糖充分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮 气30min除去体系中的氧气；
2、将5mg过硫酸铵溶解在2ml蒸馏水中形成水溶液， 倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将三颈烧瓶密封置 于恒温水浴，温度60℃接枝聚合，反应5h，整个溶液由无 色慢慢变为乳白色；
3、反应结束后，将乳白色溶液放入30℃真空干燥箱真 空干燥20h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内有接 枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发剂等 物质；
4、用丙酮冲洗三次粗干凝胶，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、 引发剂等杂质，溶胀后加热到40℃消胀，溶胀消胀重复二次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例2：
1、将1.25g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和 12.5mg羧甲基壳聚糖溶解在15ml的蒸馏水中，待单体和羧 甲基壳聚糖充分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌， 通氮气45min除去体系中的氧气；
2、将7.5mg过硫酸铵溶解在2ml蒸馏水中形成水溶液， 倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将三颈烧瓶密封置 于恒温水浴，温度控制在72.5℃接枝聚合，反应4h，整个 溶液由无色慢慢变为乳白色；
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥27.5h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发 剂等物质；
4、用丙酮冲洗三次粗干凝胶，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、 引发剂等杂质，溶胀后加热到45℃消胀，溶胀消胀重复三次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例3：
1、将2g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和15mg 羧甲基壳聚糖溶解在20ml的蒸馏水中，待单体和羧甲基壳 聚糖充分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮 气60min除去体系中的氧气；
2、将10mg过硫酸铵溶解在2ml蒸馏水中形成水溶液， 倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将三颈烧瓶密封置 于恒温水浴，温度控制在85℃接枝聚合，反应3h，整个溶 液由无色慢慢变为乳白色；
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥35h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发剂 等物质；
4、用丙酮冲洗三次粗干凝胶，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、 引发剂等杂质，溶胀后加热到50℃消胀，溶胀消胀重复三次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例4：
1、将0.5的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和10mg 海藻酸钠溶解在10ml的蒸馏水中，待单体和羧海藻酸钠充 分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮气30min 除去体系中的氧气；
2、将5mg过硫酸钾溶解在2mL蒸馏水中形成水溶液， 倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将三颈烧瓶密封置 于恒温水浴，温度控制在60℃接枝聚合，反应5h，整个溶 液由无色慢慢变为乳白色；
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥20h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发剂 等物质；
4、用丙酮冲洗三次粗干凝胶，放在丙酮中浸泡20h， 使其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、 引发剂等杂质，溶胀后加热到40℃消胀，溶胀消胀重复三次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例5：
1、将1.25g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和 12.5mg氨基酸溶解在15ml的蒸馏水中，待单体和氨基酸充 分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮气45min 除去体系中的氧气；
2、将7.5mg偶氮二异丁腈溶解在2mL蒸馏水中形成水 溶液，倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将三颈烧瓶 密封置于恒温水浴，温度控制在80℃接枝聚合，反应4h， 整个溶液由无色慢慢变为乳白色。
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥27.5h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内 有接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发 剂等物质；
4、用丙酮冲洗三次干凝胶，放在丙酮中浸泡20h，使 其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引 发剂等杂质，溶胀后加热到50℃消胀，溶胀消胀重复三次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例6：
1、将2g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和15mg 氨基酸溶解在20mL的蒸馏水中，待单体和氨基酸充分溶解 后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮气60min除去 体系中的氧气；
2、将10mg N，N，N′，N′—四甲基乙二胺溶解在2mL蒸馏 水中形成水溶液，倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min， 将装置密封置于恒温水浴，温度控制在85℃接枝聚合，反应 4h，整个溶液由无色慢慢变为乳白色。
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥35h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发剂 等物质；
4、用丙酮冲洗三次干凝胶，放在丙酮中浸泡20h，使 其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引 发剂等杂质，溶胀后加热到50℃消胀，溶胀消胀重复三次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。
实例7：1、将2g的单体N—异丙基丙烯酰胺(NIPAM) 和15mg氨基酸溶解在20mL的蒸馏水中，待单体和氨基酸 充分溶解后把溶液加入到50ml三颈烧瓶，搅拌，通氮气60 min除去体系中的氧气；
2、将10mg硝酸铈铵溶解在2ml蒸馏水中形成水溶液， 倒入上述三颈烧瓶中，再通氮气30min，将装置密封置于恒 温水浴，温度控制在85℃接枝聚合，反应4h，整个溶液由 无色慢慢变为乳白色。
3、反应结束后，将乳白色溶液放入到30℃真空干燥箱 真空干燥35h，直至变为透明的固体，此为粗干凝胶，内有 接枝共聚物、PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引发剂 等物质；
4、用丙酮冲洗三次干凝胶，放在丙酮中浸泡20h，使 其充分溶胀，溶解PNIPAAm的同聚物、未反应的单体、引 发剂等杂质，溶胀后加热到50℃消胀，溶胀消胀重复二次， 最后将凝胶放在表面皿中，在40℃真空干燥箱中干燥48h， 至恒重，得到淡黄色薄片，此薄片就是干胶。