专利摘要

本发明公开了一种热‑光双敏感水凝胶及其制备方法，该水凝胶热敏部分由壳聚糖和其上接枝的高分子聚合物共同构成；光敏部分由壳聚糖和高分子聚合物上接枝的烯烃双键构成。在该水凝胶制备过程中，先通过高分子聚合物一端的酰氯缩合实现烯烃双键修饰，而后将其另一端进行羧基化修饰；然后在缩合剂存在条件下，将修饰的高分子聚合物接枝到壳聚糖上，并进一步地通过壳聚糖与丙烯酸之间的缩合反应在壳聚糖上接枝烯烃双键，从而制备得到热‑光双敏感水凝胶。本发明的热‑光双敏水凝胶在4‑25℃为溶液态，可实现流动注射，其在温度升高至30‑40℃时，1‑5min即可形成凝胶；其在主波长为365nm的紫外照射下，3‑8min后其凝胶强度即可得到明显增强。

权利要求

1.一种热-光双敏感水凝胶的制备方法，其特征在于，水凝胶以壳聚糖为主体，高分子聚合物一端通过缩合反应接枝到壳聚糖上，构成热敏部分；高分子聚合物另一端通过与丙烯酰氯的缩合反应而接枝的烯烃双键以及壳聚糖通过与丙烯酸间的缩合反应而接枝的烯烃双键共同构成光敏部分，制备得到热-光双敏感水凝胶；所述高分子聚合物为聚乙二醇、泊洛沙姆中的一种，其中聚乙二醇的分子量为1000～2000；泊洛沙姆分子量为7000～13000。

2.根据权利要求1所述的热-光双敏感水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)高分子聚合物的烯烃双键修饰

取高分子聚合物20～50g溶于50～100mL经过干燥处理的甲苯中，并加入0.11～0.44g三乙胺，在500～700转/分钟的搅拌条件下滴加0.100～0.398g丙烯酰氯，30～50℃下恒温反应3～5h；冷却，抽滤去除盐酸三乙胺晶体，滤液采用正己烷进行处理，析出沉淀，经抽滤得烯烃双键修饰的高分子聚合物；

(2)高分子聚合物的羧基化

在反应釜中，依次加入丁二酸酐0.05～0.20g、4-二甲氨基吡啶0.061～0.244g和1,4-二氧六环15～50mL，磁力搅拌至原料全部溶解后，向反应釜中滴加入3.16～12.64g步骤(1)中所得烯烃双键修饰的高分子聚合物，滴加完毕后室温反应12～36h；通过旋转蒸发仪除去反应溶剂，向反应剩余物中加入正己烷进行沉淀得混合液，混合液进行抽滤并用正己烷洗涤3-4次，即得羧基化高分子聚合物；

(3)热-光双敏感水凝胶的制备

向反应釜依次加入1～6g步骤(2)中制备得到的羧基化高分子聚合物，10～40mL 0.1～0.5mol/L的2-吗啉乙磺酸溶液，搅拌使固体溶解，加入1g壳聚糖，搅拌至溶解，滴加质量比浓度为20％的盐酸，调节反应体系pH值至3-4；加入0.2～0.8g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.1～0.4g N-羟基琥珀酰亚胺，并室温搅拌反应12～24h后，向反应体系中加入0.11～0.22g丙烯酸，继续反应12h；将反应液移至截留分子量为5000～14000的透析袋中，采用蒸馏水进行透析处理5～6天，并每隔6～8小时换水，放入冷冻机冷冻干燥，得白色絮状固体产物；取该白色絮状固体产物0.1～0.4g，将其溶解于5～20g的4～25℃蒸馏水中即可得热-光双敏感水凝胶。

3.根据权利要求1或2所述的热-光双敏感水凝胶的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖分子量为1.5×10⁴～3×10⁴，脱乙酰度取代度≥85％。

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的热-光双敏感水凝胶。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，具体涉及一种具有热-光双敏感水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是由高分子的三维网络与水组成的多元体系，是自然界中普遍存在的一种物质形态，生物机体的许多部分(如人体的肌肉、血管、眼球等器官)都是由水凝胶构成的。水凝胶一般可以分为传统水凝胶和环境敏感水凝胶，环境敏感水凝胶具有智能性。

环境敏感水凝胶在药物控释载体、组织工程、活性酶固定、调光材料等方面都具有良好应用前景，其研究也成为当今热点。许多温敏性凝胶有相近于37℃的凝胶温度，可将它作为药物载体或用于注射，因而温敏性水凝胶也成为了水凝胶重点的研究方向。然而，由于温敏性水凝胶的响应速度受温度扩散影响，大多数不具备可注射性，需要在体外成形后，再经过手术移植在人体中，如此给病人带来了更多身体上的痛苦和经济上的负担；此外，现有的温敏性水凝胶的强度不够，进入体内后体液的稀释加速了它的降解，上述原因使的温敏性水凝胶在使用过程中受到很大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种热-光双敏感水凝胶及其制备方法，水凝胶具有双敏性，在保留温敏水凝胶流动注射特性的同时，也具备紫外光敏特性而使水凝胶在体内可快速固化。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种热-光双敏感水凝胶的制备方法，水凝胶以壳聚糖为主体，高分子聚合物一端通过缩合反应接枝到壳聚糖上，构成热敏部分；高分子聚合物另一端通过与丙烯酰氯的缩合反应而接枝的烯烃双键以及壳聚糖通过与丙烯酸间的缩合反应而接枝的烯烃双键共同构成光敏部分，制备得到热-光双敏感水凝胶。

具体地说，包括以下步骤:

(1)高分子聚合物的烯烃双键修饰

取高分子聚合物20～50g溶于50～100mL经过干燥处理的甲苯中，并加入0.11～0.44g三乙胺，在500～700转/分钟的搅拌条件下滴加0.100～0.398g丙烯酰氯，30～50℃下恒温反应3～5h；冷却，抽滤去除盐酸三乙胺晶体，滤液采用正己烷进行处理，析出沉淀，经抽滤得烯烃双键修饰的高分子聚合物1,4-二氧六环溶液；

(2)高分子聚合物的羧基化

在反应釜中，依次加入丁二酸酐0.05～0.20g、4-二甲氨基吡啶0.061～0.244g和1,4-二氧六环15～50mL，磁力搅拌至原料全部溶解后，向反应釜中滴加入3.16～12.64g步骤(1)中所得烯烃双键修饰的高分子聚合物的1,4-二氧六环溶液，滴加完毕后室温反应12～36h；通过旋转蒸发仪除去反应溶剂，向反应剩余物中加入正己烷进行沉淀得混合液，混合液进行抽滤并用正己烷洗涤3-4次，即得羧基化高分子聚合物；

(3)热-光双敏感水凝胶的制备

向反应釜依次加入1～6g步骤(2)中制备得到的羧基化高分子聚合物，10～40mL 0.1～0.5mol/L的2-吗啉乙磺酸溶液，搅拌使固体溶解，加入1g壳聚糖，搅拌至溶解，滴加质量比浓度为20％的盐酸，调节反应体系pH值至3-4；加入0.2～0.8g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.1～0.4g N-羟基琥珀酰亚胺，并室温搅拌反应12～24h后，向反应体系中加入0.11～0.22g丙烯酸，继续反应12h；将反应液移至截留分子量为5000～14000的透析袋中，采用蒸馏水进行透析处理5～6天，并每隔6～8小时换水，放入冷冻机冷冻干燥，得白色絮状固体产物；取该白色絮状固体产物0.1～0.4g，将其溶解于5～20g的4～25℃蒸馏水中即可得热-光双敏感水凝胶。

所述高分子聚合物为聚乙二醇、泊洛沙姆中的一种，其中聚乙二醇的分子量为1000～2000；泊洛沙姆分子量为7000～13000。

所述壳聚糖分子量为1.5×10⁴～3×10⁴，脱乙酰度取代度≥85％。

上述的制备方法制得的热-光双敏感水凝胶。

本发明的有益效果是：本发明的热-光双敏感水凝胶在4-25℃为溶液态，可实现流动注射，其在温度升高至30-40℃时，1-5min即可形成凝胶。在主波长为365nm的紫外灯照射下，3-8min后其凝胶强度即可得到明显增强。

附图说明

图1为以泊洛沙姆为高分子聚合物的系列热-光双敏感水凝胶升温前、升温后和紫外光照射后的照片(其中，a为以泊洛沙姆为高分子聚合物的系列热-光双敏感水凝胶升温前照片；b为以泊洛沙姆为高分子聚合物的系列热-光双敏感水凝胶升温后照片；c为以泊洛沙姆为高分子聚合物的系列热-光双敏感水凝胶升温后并经紫外光照射后照片)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的热-光双敏感水凝胶的制备方法设计思想是，该水凝胶的热敏部分由壳聚糖和其上接枝的高分子聚合物共同构成；光敏部分由壳聚糖和高分子聚合物上接枝的烯烃双键构成。在水凝胶制备过程中，先通过高分子聚合物一端的酰氯缩合反应实现烯烃双键修饰，而后将其另一端进行羧基化修饰；然后在缩合试剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和具有活化羰基N-羟基琥珀酰亚胺的条件下，将修饰的高分子聚合物接枝到壳聚糖上，进一步地通过壳聚糖与丙烯酸间的缩合反应在壳聚糖上接枝烯烃双键，从而制备得到热-光双敏感水凝胶，其具体制备方法主要包括以下几个步骤：

(1)高分子聚合物的烯烃双键修饰

取高分子聚合物20～50g溶于50～100mL经过干燥处理的甲苯中，并加入0.11～0.44g三乙胺，而后在500～700转/分钟的搅拌条件下滴加0.100～0.398g丙烯酰氯，30～50℃下恒温反应3～5h；冷却，抽滤去除盐酸三乙胺晶体，滤液采用正己烷进行处理，析出沉淀，经抽滤得烯烃双键修饰的高分子聚合物；

(2)高分子聚合物的羧基化

在三口烧瓶中，依次加入丁二酸酐0.05～0.20g、4-二甲氨基吡啶0.061～0.244g和1,4-二氧六环15～50mL，磁力搅拌至原料全部溶解后，向反应瓶中滴加入3.16～12.64g步骤(1)中所得烯烃双键修饰的高分子聚合物的1,4-二氧六环溶液，滴加完毕后室温反应12～36h；而后通过旋转蒸发仪除去反应溶剂，而后向反应剩余物中加入正己烷进行沉淀得混合液，混合液进行抽滤并用正己烷洗涤3-4次，即得羧基化高分子聚合物；

(3)热-光双敏感水凝胶的制备

向反应瓶中依次加入1～6g步骤(2)中制备得到的羧基化高分子聚合物，10～40mL0.1～0.5mol/L的2-吗啉乙磺酸溶液，搅拌使固体溶解，而后加入1g壳聚糖，搅拌至溶解，滴加浓度为20％的盐酸，调节反应体系pH值至3-4；加入0.2～0.8g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.1～0.4gN-羟基琥珀酰亚胺，并室温搅拌反应12～24h后，向反应体系中加入0.11～0.22g丙烯酸，继续反应12h；而后将反应液移至截留分子量为5000～14000的透析袋中，采用蒸馏水进行透析处理5～6天，并每隔6～8小时换水，而后放入冷冻机冷冻干燥，得白色絮状固体产物；取该白色絮状固体产物0.1～0.4g，将其溶解于5～20g的4～25℃蒸馏水中即可得热-光双敏感水凝胶。

所述高分子聚合物为聚乙二醇、泊洛沙姆中的一种，其中聚乙二醇的分子量为1000～2000；泊洛沙姆分子量为7000～13000；所述的壳聚糖分子量为1.5×10⁴～3×10⁴，脱乙酰度取代度≥85％。

本发明的热-光双敏感水凝，其构成为：热敏部分由壳聚糖和其上接枝的高分子聚合物共同构成；光敏部分由壳聚糖和高分子聚合物上接枝的烯烃双键构成。

本发明针对温敏性水凝胶在应用过程中凝胶强度低的问题，通过在壳聚糖上接枝高分子聚合物使其具有温敏性，通过在壳聚糖和高分子聚合物上接枝烯烃双键使其具有光敏性，进而使得制备的水凝胶具有热-光双敏性，该水凝胶具有一定流动性，可实现注射；同时，利用其光敏性可在其注射至体内后，采用紫外光照射增强水凝胶强度。

实施例1

以分子量为12584为的泊洛沙姆为高分子聚合物，以羧基化泊洛沙姆与壳聚糖质量比2:1为例

取泊洛沙姆25g溶于60mL经过干燥处理的甲苯中，并加入0.22g三乙胺，而后在600转/分钟的搅拌条件下滴加0.199g丙烯酰氯，45℃下恒温反应3h；冷却，抽滤去除盐酸三乙胺晶体，滤液采用正己烷进行处理，析出沉淀，经抽滤得烯烃双键修饰的泊洛沙姆；在三口烧瓶中，依次加入丁二酸酐0.1g、4-二甲氨基吡啶0.122g和1,4-二氧六环25mL，磁力搅拌至原料全部溶解后，向反应瓶中滴加入3.16g烯烃双键修饰的泊洛沙姆的1,4-二氧六环溶液，滴加完毕后室温反应12h；而后通过旋转蒸发仪除去反应溶剂，而后向反应剩余物种加入正己烷进行沉淀得混合液，混合液进行抽滤并用正己烷洗涤3-4次，即得羧基化泊洛沙姆；向反应瓶中依次加入2g得到的羧基化泊洛沙姆，20mL0.1mol/L的2-吗啉乙磺酸溶液，搅拌使固体溶解，而后加入1g壳聚糖，搅拌至溶解，滴加浓度为20％的盐酸，调节反应体系pH值至3-4；加入0.4g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.2gN-羟基琥珀酰亚胺，并室温搅拌反应12h后，向反应体系中加入0.11g丙烯酸，继续反应12h；而后将反应液移至截留分子量为12000的透析袋中，采用蒸馏水进行透析处理5天，并每隔6小时换水，而后放入冷冻机冷冻干燥，得白色絮状固体产物；取该白色絮状固体产物0.1g，将其溶解于5g的4℃蒸馏水中即可得热-光双敏感水凝胶，记为水凝胶A。

实施例2

以分子量为12584的泊洛沙姆为高分子聚合物，羧基化泊洛沙姆与壳聚糖的质量比3:1为例。

将实施例1中羧基化泊洛沙姆用量调整为3g，缩合试剂的用量增加原来的一半，其他原料用量不变，反应条件不变，即可得热-光双敏感水凝胶，记为水凝胶B。

实施例3

以分子量为12584的泊洛沙姆为高分子聚合物，羧基化泊洛沙姆与壳聚糖的质量比4:1为例。

将实施例1中羧基化泊洛沙姆用量调整为4g，缩合试剂的用量增加原来的1倍，其他原料用量不变，反应条件不变，即可得热-光双敏感水凝胶，记为水凝胶C。

将实施实例1，2和3中所述三种水凝胶A，B和C分别经加热处理和紫外光照射处理，通过水凝胶强度研究了热-光双敏感水凝胶的热敏性和光敏性，结果如图1所示。从图1a中可以看出，升温前水凝胶为溶液状态，流动性较好；如图1b所示，将不同所制备的不同系列水凝胶溶液37℃的水浴中，2min后，水凝胶A，B和C开始转变为凝胶状态，但强度不大，仍具有一定的流动性；将经升温加热后的系列水凝胶A，B和C在光引发剂I2959的作用和主波长365nm的紫外灯下照射3min后的照片如图1c所示，可以明显看出，紫外光照射后水凝胶的强度明显增强，其可以在倒立的试剂瓶中长时间悬挂而不从瓶底掉落。上述图片对比说明，本申请所制备的热-光双敏感水凝胶具有良好的热敏性和光敏性。

实施例4

以分子量为2000的聚乙二醇为高分子聚合物，，羧基化聚乙二醇与壳聚糖的质量比4:1为例。

取聚乙二醇25g溶于60mL经过干燥处理的甲苯中，并加入0.22g三乙胺，而后在快速搅拌条件下滴加0.199g丙烯酰氯，45℃下恒温反应3h；冷却，抽滤去除盐酸三乙胺晶体，滤液采用正己烷进行处理，析出沉淀，经抽滤得烯烃双键修饰的聚乙二醇；在三口烧瓶中，依次加入丁二酸酐0.1g、4-二甲氨基吡啶0.122g和1,4-二氧六环25mL，磁力搅拌至原料全部溶解后，向反应瓶中滴加入3.16g烯烃双键修饰的聚乙二醇的1,4-二氧六环溶液，滴加完毕后室温反应12h；而后通过旋转蒸发仪除去反应溶剂，而后向反应剩余物种加入正己烷进行沉淀得混合液，混合液进行抽滤并用正己烷洗涤3-4次，即得羧基化聚乙二醇；向反应瓶中依次加入4g得到的羧基化聚乙二醇，40g 0.1mol/L的2-吗啉乙磺酸溶液，搅拌使固体溶解，而后加入1g壳聚糖，搅拌至溶解，滴加浓度为20％的盐酸，调节反应体系pH值至3-4；加入0.8g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.4g N-羟基琥珀酰亚胺，并室温搅拌反应12h后，向反应体系中加入0.11g丙烯酸，继续反应12h；而后将反应液移至截留分子量为5000的透析袋中，采用蒸馏水进行透析处理5～6天，并每隔6～8小时换水，而后放入冷冻机冷冻干燥，得白色絮状固体产物；取该白色絮状固体产物0.1g，将其溶解于5g的4℃蒸馏水中即可得热-光双敏感水凝胶。

将上述水凝胶分别经加热处理和紫外光照射处理，通过水凝胶强度研究了热-光双敏感水凝胶的热敏性和光敏性，升温前水凝胶为溶液状态，流动性较好；将所制备的水凝胶溶液35℃的水浴中，2min后，水凝胶开始转变为凝胶状态，但强度不大，仍具有一定的流动性；将经升温加热后系列水凝胶在光引发剂I2959的作用和主波长365nm的紫外灯下照射3min后，紫外光照射后水凝胶的强度明显增强，其可以在倒立的试剂瓶中长时间悬挂而不从瓶底掉落。本申请所制备的热-光双敏感水凝胶具有良好的热敏性和光敏性。

实施例5

以分子量为2000的聚乙二醇为高分子聚合物，羧基化聚乙二醇与壳聚糖的质量比6:1为例。

将实施例4中羧基化聚乙二醇用量调整为6g，缩合试剂的用量增加原来的一半，其他原料用量不变，反应条件不变，即可得羧基化聚乙二醇与壳聚糖的质量比6:1的热-光双敏感水凝胶。

将上述水凝胶分别经加热处理和紫外光照射处理，通过水凝胶强度研究了热-光双敏感水凝胶的热敏性和光敏性，升温前水凝胶为溶液状态，流动性较好；将所制备的水凝胶溶液37℃的水浴中，3min后，水凝胶开始转变为凝胶状态，但强度不大，仍具有一定的流动性；将经升温加热后系列水凝胶在光引发剂I2959的作用和主波长365nm的紫外灯下照射5min后，紫外光照射后水凝胶的强度明显增强，其可以在倒立的试剂瓶中长时间悬挂而不从瓶底掉落。本申请所制备的热-光双敏感水凝胶具有良好的热敏性和光敏性。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

一种热-光双敏感水凝胶及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。