[发明专利]一种果胶/N-异丙基丙烯酰胺互穿水凝胶材料

说明书

技术领域

本发明涉及生物医药高分子材料领域，具体为一种果胶/N-异丙基丙烯酰胺互穿高分子水凝胶及其制备方法。

背景技术

智能水凝胶是能够对外界环境因素如温度、pH、离子强度、光和特异化学物质等细微变化做出响应的一类水凝胶，其响应性一般表现为凝胶体积的突变，即体积相转变行为。这种特点使得智能水凝胶在组织工程、生物分离、固定化酶和药物的控制释放等方面具有很好的应用前景，因而吸引了许多研究者加入这一领域，其中研究较多的是温度敏感性凝胶。所谓温敏性水凝胶，是指随温度变化而发生体积相转变的水凝胶。当环境温度达到并超过某临界温度时，凝胶体积会随之发生变化，甚至会发生不连续的突变，即所谓体积相转变。这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用，从而使凝胶结构改变，发生体积相变，通常将该温度称为相变温度。体积发生变化的临界转化温度称为低温临界溶解温度(lower critical solution temperature，LCST)。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)是一种典型的温度敏感性材料，它具有较低临界溶解温度LCST(～32.0℃)。当温度低于LCST值时，凝胶的大分子链水合而伸展，凝胶吸水溶胀；当温度高于LCST值时，凝胶发生急剧的脱水合作用。导致这种现象的原因，一般认为与“疏水-亲水平衡”有关，当温度升高时，聚合物之间的疏水相互作用增强，而聚合物与溶剂之间的氢键被破坏，致使凝胶收缩。

目前双重响应性智能水凝胶由于具有更好的可操作性和实用性而受到人们的青睐。制备双重响应性智能水凝胶最有效的方法就是互穿聚合物网络(IPN)——由两种或两种以上聚合物网络相互穿透或缠结所形成的一类独特的化学共混网络体系。互穿网络水凝胶一般分为全互穿网络和半互穿网络。用互穿网络法制备水凝胶的一般方法是：首先制备单一水凝胶聚合物，然后配制与上述聚合物网络能够互穿交联的前驱体反应溶液，将一定重量的水凝胶聚合物浸入前驱体溶液中，直至溶液全部被吸入凝胶；引发前驱体发生交联聚合，新形成的聚合物与原聚合物发生互穿，从而形成互穿网络。例如Jin等采用顺序互穿技术，先用自由基溶液聚合的方法，合成了Poly(VP-co-MAA)无规共聚凝胶，然后将单体NIPAm扩散到凝胶中去之后引发聚合，得到了温度和pH值双敏感的P(VP-co-MAA)/PNIPA Semi-IPN凝胶【(Jin Shuping，Bian Fengling，Liu Mingzhu，Chen Shilan，Liu Hongliang.Swelling mechanism of porous P(VP-co-MAA)/PNIPAM semi-IPN hydrogels with various pore sizes prepared by a freeze treatment[J].Polymer International，2009，58(2)：142～148)】。互穿网络水凝胶的特点是两种网络之间相互物理贯穿，高分子间通过次级价键力(如静电相互作用、氢键以及范德华力等)发生缔合而无化学结合，因此凝胶网络内每一种组分都保持相互独立的结构，每一网络的特性都能够得到保护。

果胶是由D-半乳糖醛酸残基经α-1，4糖苷键相连接聚合而成的大分子多糖。由于果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用，天然果胶可用作高效无毒的食品凝胶剂、乳化剂、增稠剂、稳定剂，广泛应用于食品、医药、化工和纺织等行业。此外，果胶还具有良好的生物相容性、易降解性等，特别近年来研究发现其结构中含有的-COOH，会对pH值刺激具有一定的响应性能，因此它在制备生物医药材料方面的应用逐步受到科学人员的关注，对果胶进行改性或与其他材料复合，提高果胶各项性能是近年来果胶类高分子材料研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够保留果胶良好的生物相容性、易降解性等性能，同时具有温敏性的果胶/N-异丙基丙烯酰胺互穿水凝胶及其制备方法。该凝胶可用作固相萃取剂，用于吸附染料等有害化学物质以及污水处理。