一種超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)聚合物納米緩釋材料及其制備方法和用圖
【專利說明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種緩釋材料，具體地說是一種超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)聚合物納米緩釋材料及其制備方法和用途。
二、【背景技術(shù)】
[0002]聚合物納米材料(包括膠體粒子、交聯(lián)膠體以及納米膠等)備受關(guān)注。他們可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，比如，藥物的緩釋(B.G.De Geest, et al.Chem.Soc.Rev.2007, 36, 636 ；A.1.Petrov, et al.Macromolecules 2003, 36, 10079 ;Τ.BShutava, et al.Macromolecules2005, 38, 2850 ；D.E.Discher, et al.Prog.Polym.Sc1.2007, 32, 838 ；S.P.Armes, etal.Macromol.Rapid Commun.2009, 30, 267 ；F.H.Meng, et al.B1macromolecules2009, 10, 197 ；J.M.J.Frechet et al.J.Am.Chem.Soc.2004，126，11936)，傳感器(C.ff.Zhao, et al.Macromol.Rapid.Commun.2008, 29, 1810 ；D.Roy, et al.Chem.Commun.2009, 2106)等。聚合物納米材料一般由多步合成，乳液聚合，自組裝技術(shù)等所制備。
[0003]雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)報道了若干聚合物納米材料的制備方法，但這些方法都有各自的缺陷。例如，樹枝狀聚合物的合成步驟多，純化困難，從而導(dǎo)致其成本相當(dāng)高；納米膠體不穩(wěn)定(膠體會隨著環(huán)境的變化解離)，裝載及釋放活性物質(zhì)的能力相對較弱，并且不適于大規(guī)模生產(chǎn)；交聯(lián)的膠體和聚合物納米膠由于高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)限制了它們的裝載能力；乳液聚合很難制備功能性聚合物納米材料，同時所得的納米材料裝載及釋放活性物質(zhì)的能力也比較弱。這些缺陷嚴(yán)重的限制了他們在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。進(jìn)一步來說，自組裝制備聚合物納米耗時長、不利于擴(kuò)大化生產(chǎn)。
[0004]總之，考慮到他們在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，制備穩(wěn)定、高裝載能力的聚合物納米以及克服自組裝技術(shù)的缺陷是個很大的挑戰(zhàn)。
[0005]另一方面，在農(nóng)藥領(lǐng)域，為使絕大多數(shù)非水溶性原藥便于施用，實(shí)際中使用大量的有機(jī)溶劑(乳油劑型)和表面活性劑(可濕粉、顆粒劑型等)等助劑使其分散于水中。使用這些有機(jī)溶劑和表面活性劑時存在原藥分散性差、使用效率低下等不足之處。同時，它們毒性較高并不易揮發(fā)、對土壤(包括土壤本身，其中的微生物，及作物等)及環(huán)境會產(chǎn)生長期不利影響。農(nóng)藥的長期大量與低效施用，不僅對生物及人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，也導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的破壞。
[0006]如何制備原藥分散效果好、使用效率較高、毒性較低、對土壤及環(huán)境污染較小的新型助劑及其配合農(nóng)藥，克服目前缺陷是很大的挑戰(zhàn)。對于緩解我國當(dāng)前的農(nóng)藥殘留與環(huán)境污染，保障國家糧食、食品與生態(tài)安全，促進(jìn)農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)聚合物納米緩釋材料及其制備方法和用途，所要解決的技術(shù)問題是提高聚合物納米緩釋材料的穩(wěn)定性以及裝載能力，簡化其制備過程。
[0008]本發(fā)明聚合物納米緩釋材料是基于活性自由基聚合(Living RadicalPolymerizat1n)制備得到的，可以應(yīng)用于農(nóng)藥原藥等非水溶性活性物質(zhì)的有效裝載和緩釋。
[0009]本發(fā)明超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)聚合物納米緩釋材料的原料包括單體A、單體B、雙官能團(tuán)交聯(lián)劑、引發(fā)劑、催化劑及配體；其中單體A、單體B、雙官能團(tuán)交聯(lián)劑、引發(fā)劑、催化劑及配體的摩爾比為(30-50): (20-90): (0.8-1): I: I: 2，需嚴(yán)格控制雙官能團(tuán)交聯(lián)劑的添加量，當(dāng)雙官能團(tuán)交聯(lián)劑的摩爾比率大于I時，整個體系會交聯(lián)，不能得到可以溶解于溶劑的超支化聚合物。
[0010]所述單體A為適用于原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的兩親性聚合物的單體，選自聚乙二醇甲基丙烯酸酯或聚乙二醇丙烯酸酯，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯的數(shù)均分子量(500 ;所述聚乙二醇丙烯酸酯的數(shù)均分子量< 500。
[0011]所述單體B為適用于原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的非水溶性聚合物的單體，選自甲基丙烯酸酯類單體、丙烯酸酯類單體或苯乙烯類單體，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或苯乙烯。
[0012]所述雙官能團(tuán)交聯(lián)劑選自乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯或二乙烯基苯；其中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的數(shù)均分子量< 800，聚乙二醇二丙烯酸酯的數(shù)均分子量< 800，優(yōu)選EGDMA。
[0013]所述引發(fā)劑為原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的引發(fā)劑，如異溴丁酸乙酯(EBriB)。
[0014]所述催化劑為原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的銅類催化劑，如溴化亞銅(CuBr)。
[0015]所述配體為原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的催化劑配體，如五甲基二乙烯三胺(PMDETA)。
[0016]本發(fā)明超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)聚合物納米緩釋材料的制備方法，包括如下步驟:
[0017]將單體A、催化劑及配體加入溶劑中，經(jīng)冷凍-抽真空-充氮過程除去氧氣，再加入引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于75°C反應(yīng)至單體A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90-95%;接著加入已預(yù)先除氧的單體B和雙官能團(tuán)交聯(lián)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于75°C反應(yīng)至單體B的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90-95%時終止反應(yīng)；反應(yīng)液移除殘留催化劑之后，加入正己烷或石油醚中沉降并真空干燥得到超輕度交聯(lián)超支化聚合物。反應(yīng)中，各單體的轉(zhuǎn)化率用核磁測定，所述溶劑為苯甲醚，溶劑的體積為單體A體積的兩倍。
[0018]將制備的超支化聚合物溶于200-2000倍體積的THF中，水相透析(3000_10000g/mol Mw cut-off透析膜)后得到透明的聚合物納米緩釋材料的水相分散液。透析目的在于測定納米顆粒原始尺寸，即裝載前的尺寸。
[0019]將得到的聚合物納米緩釋材料的水相分散液直接用于動態(tài)光散射(DLS)和透射電鏡(TEM)分析并確認(rèn)納米顆粒的存在及尺寸。
[0020]本發(fā)明超支化聚合物納米緩釋材料是通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)得到的，該聚合過程屬于活性自由基聚合，能夠得到結(jié)構(gòu)可控的超支化聚合物。
[0021]本發(fā)明首先以單體A為第一單體，合成單體A的均聚物，然后加入單體B作為第二單體合成嵌段共聚物，在共聚的過程中通過嚴(yán)格控制用量的雙官能團(tuán)交聯(lián)劑的作用得到超輕度交聯(lián)超支化聚合物。本發(fā)明整個聚合過程采用核磁監(jiān)控。分子量和分子量分布采用凝膠滲透色譜法(GPC)測定。
[0022]基于聚合物納米顆粒的超輕度交聯(lián)超支化結(jié)構(gòu)，本發(fā)明聚合物納米顆粒很穩(wěn)定，不會隨環(huán)境變化而解體(相對于聚合物的膠束，聚合物的膠束會隨環(huán)境變化如溫度、濃度、酸堿度等而解體)，同時具有較高的裝載能力(相對于高度交聯(lián)的聚合物微米、納米膠)。
[0023]為測試本發(fā)明的聚合物納米顆粒的毒性，發(fā)明人進(jìn)行了經(jīng)口 LD50毒性測試。LD50結(jié)果為>5000mg/Kg。鑒定結(jié)果為低毒至無毒。
[0024]本發(fā)明制得的聚合物納米顆粒非常穩(wěn)定，同時有較高的客體分子裝載能力，可以用于如農(nóng)藥原藥、染料等多種不同客體分子的緩釋。作為代表，發(fā)明人實(shí)現(xiàn)了阿維菌素、丙溴磷、油紅O的裝載及相關(guān)緩釋。
[0025]阿維菌素的裝載:
[0026]將本發(fā)明超支化聚合物和阿維菌素共同溶于50ml THF中，阿維菌素的質(zhì)量為超支化聚合物質(zhì)量的10%。在攪拌下緩慢滴加25mL蒸餾水，接著THF被完全蒸發(fā)，可得透明的裝載10%阿維菌素的聚合物納米水分散液。存在及尺寸經(jīng)DLS測定。
[0027]丙溴磷的裝載與緩釋:
[0028]將本發(fā)明超支化聚合物和丙溴磷共同溶于50ml THF中，丙溴磷的質(zhì)量為超支化聚合物質(zhì)量的10-30%。在攪拌下緩慢滴加25mL蒸餾水，接著THF被完全蒸發(fā)，可得裝載10-30%丙溴磷的聚合物納米水分散液。存在及尺寸經(jīng)DLS測定。
[0029]將聚合物納米水分散液放入透析袋(7000g/mol Mw cut-off)中，接著將透析袋放入100ml水中，以測定丙溴磷的釋放。在測試過程中，采用氯仿萃取水相，濃縮并用于氣相色譜分析，以檢測釋放量。結(jié)果顯示80%的丙溴磷經(jīng)過60天被緩釋出來，緩釋速率均勻。
[0030]在丙溴磷的裝載與緩釋過程中，因透析過程較長，且透析過程中會有部分丙溴磷在制備聚合物納米顆粒的過程中就被釋放出來，為使測試結(jié)果準(zhǔn)確，故采用蒸除THF的方法制備水相分散液，以確保緩釋數(shù)據(jù)準(zhǔn)