基于Diels-Alder反应的温度响应性水凝胶的制备与表征

【摘要】： 由于独特的性能,水凝胶在生物材料与药物工业上获得了广泛的应用,用于制备隐形眼镜、生物传感器、生物膜、人造器官、药物控释载体等。水凝胶的制备方法和条件,直接影响到水凝胶的性能与应用。基于Diels–Alder反应的特点,其在水凝胶合成中具有很大的应用潜力,有望成为合成水凝胶的理想反应。 本文通过甲基丙烯酸糠醇酯(FM)分别与N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA),N-乙烯基吡咯烷酮(VP)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)进行自由基共聚制备了poly(DMA-co-FM)、poly(VP-co-FM)、poly(NIPA-co-FM)两元共聚物双烯体。通过FM与N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)共聚制备了poly(NIPA-co-DMA-co-FM)三元共聚物双烯体。 将马来酸酐分别与对氨基苯甲酸、丙氨酸、亮氨酸反应制备了N-(4-羧基苯基)马来酰亚胺(4-CPMI)、N-(异丙酸基)-马来酰亚胺(AMI)、N-亮氨酸基马来酰亚胺(LMI),并将p-CPMI进一步酰氯化为N-[4-(甲酰氯基)苯基]马来酰亚胺(p-CPMIC),然后将AMI、LMI、p-CPMIC分别与聚乙二醇2000(PEG)反应制备了PEG-AMI、PEG-LMI、PEG-DMI亲双烯体。另外,将制备的N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的三元共聚物与AMI反应,合成了一种温度敏感性三元亲双烯体poly(NIPA-co-DMA-co-HEMA)-AMI。最后分别将poly(DMA-co-FM)和PEG-DMI、poly(VP-co-FM)与PEG-AMI、poly(NIPA-co-FM)与PEG-LMI、poly(NIPA-co-DMA-co-FM)与poly(NIPA-co-DMA-co-HEMA)-AMI溶解于水中,通过Diels-Alder(DA)反应制备了一系列水凝胶。用UV、IR、NMR、GPC、SEM、CD等对制备的双烯体、亲双烯体和水凝胶进行了表征。 研究发现,共聚物的低临界溶解温度(LCST)随着共聚物中FM含量的增加而降低,随着DMA含量的增加而升高。温度和溶剂对DA反应及逆-DA反应的进行均有较大影响,DA反应与逆-DA反应速率均随着反应温度的升高而加快。水对DA反应有明显的促进作用,而一些强极性有机溶剂(如DMSO、DMF)对逆-DA反应有促进作用。水凝胶的溶胀实验表明,制备的水凝胶具有较高的溶胀度和一定的温度敏感性。 通过Diels-Alder反应合成水凝胶,反应条件温和,不需要催化剂或引发剂,也不需要任何有机溶剂,且凝胶化时间可以通过调节温度或活性基团的含量来控制。因此,Diels-Alder反应在水凝胶及生物材料的制备中具有广泛的应用前景。