[发明专利]一种核壳结构智能纳米水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于智能水凝胶的制备领域，特别涉及一种核壳结构智能纳米水凝胶的制备方 法。

背景技术

能够感知外界环境(如温度、pH、光、电、磁、压力等)的微小变化而发生可逆性体积 相变或溶胶-凝胶相变的凝胶称为智能水凝胶。智能纳米水凝胶由于其极小的尺寸、巨大 的表面积，能够对外界环境的刺激表现出极快的收缩和溶胀，由于智能纳米水凝胶的独特 响应性，使其在药物控释载体和靶向药物、组织工程、活性酶的固定、化学转换器、记忆 元件开关、传感器、人造肌肉、调光材料方面具有良好的应用前景。

由于环境的复杂性以及社会发展的需要，具有核壳结构的纳米水凝胶成为研究者的热 点，核壳结构水凝胶的研究主要集中在聚N-异丙基丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸等。研究者们 合成的具有核壳结构的单一响应性水凝胶或者多重响应性水凝胶，采用的是沉淀聚合、乳 液聚合等方法，利用这些方法合成的核壳结构水凝胶的核层或者壳层是无规共聚物，在聚 合体系中残留有机溶剂和乳化剂，这些物质不易完全除去并且对人体有害，限制了智能水 凝胶的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核壳结构智能纳米水凝胶的制备方法，该方法 反应条件温和，设备简单易控，制备得到的纳米水凝胶尺寸可控、稳定性好，且具有pH 和温度双重响应性和良好的生物安全性。

本发明的一种核壳结构智能纳米水凝胶的制备方法，包括：

(1)常温下将羟丙基纤维素(HPC)溶于去离子水中，磁力搅拌3～6天，得HPC水 溶液；

(2)将上述HPC水溶液20～40g和丙烯酸类单体0.30g溶于去离子水73.5～93.65g 中，22～25℃搅拌15～30分钟；然后加入0.09～0.11g交联剂，搅拌15～30分 钟，通氮气；再加入5.05～10.10g含0.05～0.10g引发剂的去离子水，通氮气； 加入0.03～0.07g加速剂，搅拌得聚丙烯酸类纳米水凝胶；将所述的聚丙烯酸 类纳米水凝胶透析3～7天，调节pH值为3～4，于22～25℃水中搅拌并通氮气， 得到溶液A；

(3)将丙烯酰胺类单体0.50～1.50g和交联剂0.10～0.30g溶于去离子水37.4～49.5g 中，搅拌通氮气，得到溶液B；

(4)将上述的溶液B倒入步骤(2)的溶液A中，通氮气，得到溶液C；加入10～10.5g 含0.20～0.40g引发剂的去离子水，升温至27～29℃，通氮气；最后加入 0.03～0.07g加速剂，即得。

步骤(1)中所述的羟丙基纤维素的平均分子量Mw＝1.0×10⁵；HPC水溶中HPC的质 量浓度为1％。

步骤(2)中所述的丙烯酸类单体为甲基丙烯酸。

步骤(2)和(3)中的所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)。

步骤(2)和(4)中所述的引发剂为过硫酸铵(APS)；所述的加速剂为N，N，N，N-四甲 基乙二胺(TMEDA)。

步骤(2)和(4)中所述的通氮气的时间为45～60分钟。

步骤(3)中所述的通氮气的时间为15～45分钟。

步骤(2)中所述的调节pH值为用盐酸或者硫酸调节。

步骤(3)中所述的丙烯酰胺类单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)。

本发明在酸性条件下，以聚丙烯酸类纳米水凝胶为核层，无皂聚合聚丙烯酰胺类壳层， 制得核-壳结构的pH响应和温敏性的纳米水凝胶。无皂合成聚丙烯酰胺类壳层的基础是由 于通过氢键，丙烯酰胺类单体胺能附着在聚丙烯酸类纳米水凝胶表面，以聚丙烯酸类纳米 水凝胶核层为模板聚合形成聚丙烯酰胺类壳层，从而得到了具有pH和温度双重响应性的 智能纳米水凝胶。

动态光散射(DLS)测得本发明的作为核层的聚甲基丙烯酸纳米水凝胶粒子的平均粒径 为149.8nm，其粒径及粒径分布见图1。

本发明具有以下的优点和积极效果：水相无皂合成了聚丙烯酸类纳米水凝胶微球，提 供了“绿色”合成聚丙烯酸类纳米水凝胶微球的途径，避免了传统反相微乳液聚合体系中 含有大量难以清除的有机溶剂和乳化剂。

有益效果

(1)本发明的制备方法反应条件温和，设备简单易控；

(2)制备得到的纳米水凝胶尺寸可控、稳定性好，且具有pH和温度双重响应性和 良好的生物安全性，可以应用于药物控释领域。