糖响应的单分散聚合物空心微球的制备方法

摘要

本发明涉及一种含有功能性基团醛基和苯硼酸的糖响应的单分散聚合物空心微球的制备方法。所述的聚合物空心微球是含有醛基和羧基的功能性单烯类单体和多烯烃单体的共聚，苯硼酸修饰的空心微球；二氧化硅模板存在下，功能性单烯单体和交联剂多烯烃单体共聚制备一系列不同内径、不同壁厚、不同醛基和羧基比例的聚合物微球，羧基和氨基苯硼酸酰化反应，制备不同苯硼酸修饰度的聚合物空心微球。本发明具有条件简单，操作方便，聚合物空腔易控，聚合物空心微球的糖响应范围和性能易于调节等优点。本发明制备的糖响应聚合物空心微球可以应用于胰岛素的可控释放，其作为胰岛素的载体用于糖尿病的治疗具有很好的应用前景。

权利要求

1.一种制备糖响应的单分散聚合物空心微球的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）制备用作模板的核：利用溶胶-凝胶方法制备表面带有双键官能团的二氧化硅球；

2）将步骤1制备的二氧化硅球置于有机溶剂中，超声分散，加入含有醛基和羧基的单烯类单体、多烯类交联剂、自由基引发剂，反应体系充入氮气置换空气，保证反应体系无氧性，加热反应体系至沸腾状态；

3）在1 3小时内将溶剂蒸出一半，反应液离心后倾出上层清液，获得聚合物微球；向微~球中加入质量浓度为40%的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅内核，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，得到的聚合物空心微球，真空干燥至恒重；

4）将聚合物空心微球和氨基-苯硼酸及其衍生物超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺和1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液，4 oC条件下反应8小时后，透析袋中透析3天，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥;

5）改变含有醛基和羧基的单烯烃单体比例，多烯烃交联剂比例和种类，氨基苯硼酸的种类，羧基和氨基苯硼酸及其衍生物比例，制备一种具有糖响应性的单分散聚合物空心微球。

2.根据权利要求1中所述的一种制备糖响应的单分散聚合物空心微球的方法，其特征在于，所述的氨基苯硼酸与羧基的摩尔比例为20% 100%。

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说明书

糖响应的单分散聚合物空心微球的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种含有功能性基团醛基和苯硼酸，糖响应、单分散的聚合物空心微球的制备方法。

背景技术

[0002] 苯硼酸及其衍生物(PBA)是一类具有糖响应性的分子，文献已经报道了很多利用PBA及其衍生物构筑胰岛素糖响应性控制释放的载药体系，如微凝胶(Matsumoto A,Ishii T,Nishida J,Matsumoto H,Kataoka K,Miyahara Y.,Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,2124)、纳米凝胶(Gu Z,Aimetti A,Wang Q,Dang T,Zhang Y,Veiseh O,Cheng H,Langer R,Anderson D.,ACS Nano 2013,7,4194)、胶束(Yang H,Sun X,Liu G,Ma R,Li Z,An Y,Shi L.,Soft Matter  2013,9,8589)、囊泡(Kim H,Kang YJ,Kang S,Kim KT.,J.Am.Chem.Soc.2012,134,4030)等，然而这些体系有的制备过程比较复杂，尺寸不够稳定，如胶束，囊泡；或者糖响应性性能较差，如凝胶，尤其需要注意的是，这些体系负载胰岛素都是通过非共价键结合负载结合的，胰岛素和载体之间的相互作用较弱，因此很容易存在胰岛素的负载效率较低。

[0003] 空心纳米凝胶由于具有较大的空腔结构和良好的稳定性等优点，并且糖响应的纳米凝胶能在糖分子的作用下发生反复溶胀收缩，从而实现胰岛素的“开关”控释。

[0004] 动态可逆共价键是指随着外界条件发生变化(如温度、pH、离子强度等)，共价键能够反复实现断键、重新成键过程，具有动态可逆的特点。醛基很容易与胰岛素上的氨基形成动态、可逆的碳氮双键。因此利用含有醛基和苯硼酸的聚合物空心纳米粒子负载胰岛素，将大大提高胰岛素的负载效率。同时，这种动态可逆的共价键，负载和解离释放过程中，胰岛素上没有引入其它基团，其结构和构型没有发生变化，因此胰岛素将保持其原有的生物活性。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种高胰岛素负载量，糖响应性的单分散聚合物空心微球的方法。这种方法采用无机物二氧化硅为模板，在通氮气的条件下，利用蒸馏沉淀聚合制备含有羧基和醛基的聚合物微球，羧基进一步苯硼酸修饰，制备尺寸单一、稳定，功能性的糖响应聚合物微球，客服了现有的糖响应聚合物胶束和凝胶尺寸不够单一和稳定的缺点；同时，醛基参与反应形成动态可逆的碳氮双键，有利于胰岛素等含有氨基的蛋白药物分子的负载和控制释放。

[0006] 技术方案

[0007] 以表面含有双键的无机氧化物二氧化硅球为模板，可交联的多烯类单体，含有醛基、羧基的单烯烃共聚，在引发剂作用下，单体在二氧化硅球表面引发聚合并随即包裹在核上，形成核-壳型微球，反应结束后除去内核，利用酰化反应，苯硼酸进一步修饰链接于羧酸官能团上，得到了含有醛基和苯硼酸官能团的聚合物空心微球。通过改变模板大小可以改变空心微球的内径，通过改变多烯类单体和共聚单体的浓度及比例，改变聚合物微球的壁厚，通过改变苯硼酸和醛基的比例可以调节聚合物空心微球的糖响应。

[0008] 本发明提供的糖响应的单分散聚合物空心微球是带有功能性基团醛基和苯硼酸。

[0009] 本发明所述的多烯类单体是二乙烯苯(DVB)、双丙烯酸二醇酯(EGDMA)或双(2-甲基丙烯酰氧)二硫醚(DSDMA)。

[0010] 本发明所述的单烯类单体是丙烯醛、甲基丙烯醛、肉桂醛、甜瓜醛。

[0011] 本发明所述的苯硼酸是3-氨基-苯硼酸、对氨基苯硼酸、邻氨基苯硼酸。

[0012] 本发明所述的含有醛基和苯硼酸基团的糖响应的单分散聚合物空心微球的制备方法包括以下步骤：

[0013] 1)制备用作模板的核：利用溶胶-凝胶的方法制备表面带有双键的二氧化硅球，方法是将3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)加入到乙醇和水混合溶剂中，然后加入氨水，搅拌反应8～24小时后，蒸馏水中透析，冷冻干燥；

[0014] 2)将第一步制得的二氧化硅球置于有机溶剂中，超声波分散，加入功能性含有醛基和羧酸的单烯类单体和可交联的多烯类单体，自由基引发剂，实验体系中充入氮气置换，保证体系中无氧性，加热反应液升温至沸腾；

[0015] 3)在1～3小时内将反应体系中溶剂蒸馏出一半；反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去无机氧化物二氧化硅核，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0016] 4)聚合物空心微球和氨基苯硼酸超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的水溶液，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥。

[0017] 5)改变功能性单烯烃单体比例，交联剂比例和种类，聚合物中羧基和氨基苯硼酸比例，制备一系列不同糖响应性能的聚合物空心微球。

具体实施方式

[0018] 以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

[0019] 实施例1

[0020] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g偶氮二异丁腈(AIBN)，4mL甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，4mL甲基丙烯酸(MAA)，12mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0021] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.016g超声分散在N,N-二甲基酰胺(DMF)中，加入0.05g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和0.05g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0022] 实施例2

[0023] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g SiO2分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL EGDMA，4mL MAA，12mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0024] 取上述聚合物空心微球1.0g和3-氨基-苯硼酸0.028g超声分散在DMF中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的50mL水溶液，4℃反应8小时，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0025] 实施例3

[0026] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL EGDMA，4mL MAA，12mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0027] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.056g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的水溶液(50mL)，4℃反应8小时，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0028] 实施例4

[0029] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL EGDMA，8mL MAA，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0030] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.033g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的50mL水溶液，4℃反应8小时，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0031] 实施例5

[0032] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g偶氮二异丁腈(AIBN)，4mL甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，8mL甲基丙烯酸(MAA)，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0033] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.055g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和0.05g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0034] 实施例6

[0035] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g偶氮二异丁腈(AIBN)，4mL甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，8mL甲基丙烯酸(MAA)，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0036] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.110g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05gNHS和0.05g EDC的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0037] 实施例7

[0038] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL双(2-甲基丙烯酰氧)二硫醚(DSDMA)，8mL MAA，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0039] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.033g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0040] 实施例8

[0041] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL DSDMA，8mL MAA，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0042] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.055g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0043] 实施例9

[0044] 利用溶胶-凝胶法制备平均粒径为200nm的带有双键的二氧化硅纳米粒子，0.5g二氧化硅分散在800mL乙腈中，0.5g AIBN，4mL DSDMA，8mL MAA，8mL肉桂醛，加入到干净的1000mL单口瓶中，装上精馏柱，冷凝管和接收瓶，液氮冷冻抽真空通氮气后，反应瓶置于电热套中缓慢加热，45分钟内反应液沸腾，并开始蒸出溶剂，控制在3小时内蒸出400mL乙腈，停止反应。反应液离心后倾出上层清液，离心洗涤，反复多次，向微球水溶液中加入40％的氢氟酸，搅拌反应4h，除去二氧化硅，产物进行多次超声分散，洗涤，离心，反复多次，得到的聚合物空心微球真空干燥至恒重；

[0045] 取上述样品1.0g和3-氨基-苯硼酸0.110g超声分散在N,N-二甲基酰胺中，加入0.05g NHS和0.05g EDC的水溶液(50mL)，4℃反应8小时后，透析袋中透析3天，每隔4小时换一次蒸馏水，除去未反应的有机试剂，冷冻干燥，得到白色粉末样品。

[0046] 需要说明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。