CN111194295A - 制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶的方法，及使用该方法制造的水凝胶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通过使甲基硅酸钠溶液与气态酸剂反应来制造甲基硅酸水凝胶。将所得产物抽真空以除去残余气体，并用水洗涤。当所述水凝胶用于医学和兽医学时，所述水凝胶中的由所述气态酸剂鼓泡通过所述甲基硅酸钠溶液获得的大量的OH基使得可以提高吸附性能的选择性。

Description

制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶的方法，及使用 该方法制造的水凝胶

技术领域

本发明涉及化学，特别涉及化合物-聚甲基硅氧烷(甲基硅酸水凝胶)的合成，并且可以在医学和兽医学中用作具有选择性特性的吸附剂。

背景技术

已知具有以下化学通式的聚甲基倍半硅氧烷：

[CH₃SiO_1，5]

描述了多种物质，包括甲基硅酸水凝胶，由以下通式表示：

(CH₃SiO_1，5′nH₂O)_∞，其中n＝30-46。

这些化合物是被水合壳包围的复杂拓扑结构的交联聚合物。它们的主要制造方法是从碱性相进行缩聚。

基于这些聚合物的结构表示，应该理解它们包含残余的非缩合羟基(OH基)，并且呈线性形式的聚合物(不考虑水合壳)的总通式为：

(CH₃Si)_nO_(n-1)OH_(n+2)

随着缩聚的进行，聚合物枝化形成以下形式的中间结构：

(CH₃Si)_nO_(n-1+k)OH_(n+2-2k) (1)

其中

显而易见的是：

当k＝0时，聚合物是具有主要线性拓扑结构的形式。这种形式的聚合物在碱性溶液中更固有地存在；

当

时，所述聚合物是具有环状拓扑结构的形式，完全缩合，没有OH基。这种聚合物形式是甲基硅酸干凝胶所固有的。

当

时，所述聚合物是介于线性和环状拓扑结构之间的拓扑结构中间体形式。实际上，这种形式在通常称为甲基硅酸水凝胶的一组化合物中是固有的。

极限线性结构(k＝0)的OH基的缩聚由以下化学方程式描述：

(CH₃Si)_nO_(n-1)OH_(n+2)→(CH₃Si)_nO_(n-1+k)OH_(n+2-2k)+kH₂O

上述反应是分子内缩聚过程，并且伴随分子的环化。

具有中间拓扑结构(m≤n，且

的两个分子的缩聚相互作用示例中的聚合物链增长用化学方程式表示：

(CH₃Si)_nO_(n-1+k)OH_(n+2-2k)+(CH₃Si)_mO_(m-1+q)OH_(m+2-2q)→

→(CH₃Si)_(n+m)O(_m+n-2+k+q+p)OH_{(n+m+4-2k-2q-2p)}+pH₂O，

其中

已知一种制造甲基硅酸水凝胶的方法，包括以下步骤：制备甲基三乙氧基硅烷和有机溶剂的工作混合物，制备盐酸和纯化水的水解混合物，制备碱性溶液，在酸性催化剂存在下使甲基三乙氧基硅烷水解，随后进行碱处理，使反应物料静置，将所得的甲基硅酸醇凝胶粉碎，然后用纯化水洗涤，得到甲基硅酸水凝胶。在制备工作混合物时，将乙醇体积比为60％至96.5％的乙醇水溶液用作有机溶剂，甲基三乙氧基硅烷与乙醇水溶液形式的有机溶剂的体积比相应为(1-1.2)∶(2-2.7)，甲基三乙氧基硅烷的使用比例以碱性物质的质量计为至少98％，并且甲基三乙氧基硅烷以工作混合物与水解混合物相应为(3-3.5):(0.7-1.5) 的体积比水解，将水解混合物引入反应物料中的时间为30-40分钟，所得反应物料在至少为3的pH值下静置3-3.5小时，并且在甲基三乙氧基硅烷水解完成之后，在16-30℃的温度下将碱性溶液引入所得的反应物料中，然后使所得的甲基硅酸醇水凝胶静置熟化至少7.5小时，甲基硅酸醇水凝胶的熟化过程进行直到产生略带乳白光的无色中间体为止，并通过以每小时2-4升的速度添加纯化水来洗涤被粉碎的甲基硅酸醇水凝胶[UA 90988，C08G77/00，2010]。

所述方法具有以下缺点。

为了完全裂解乙氧基，必要条件是存在强碱性介质(对于皂化反应的整个过程，碱的浓度应至少为5mol/l)，并且反应混合物的温度增高(至少60℃)。在醇溶液的缩聚阶段使用酸会形成副产物***。由于产物具有吸附特性，因此它会从溶剂介质中吸收反应产物和乙醇两者。用这种方法制得的产物含有相关物质：乙醇、***和未皂化的乙氧基硅烷。从产物中除去这些物质需要大量的纯化水，并且不能完全按照制造方法中规定的条件进行。

本领域中已知一种制造基于通式{(CH₃SiO_1,5)·mH₂O}n的甲基硅酸水凝胶的吸附剂的方法，其中m是{(CH₃SiO_1,5)·mH₂O}链节中水分子的数目，n是水凝胶中链节的数目，根据所述方法如下制造水凝胶：由碱性物质在醇介质中在强酸存在下，通过水解，随后在碱性介质中进行缩聚，保持并粉碎，然后将所得产物洗涤至中性反应，使用0.5％至1.2％浓度的强酸，用于缩聚反应的碱性试剂的浓度为20％至27％[UA 72402， C08G 77/04，2012]。

与前面的情况一样，在醇溶液的缩聚阶段使用酸会导致形成副产物—***。由于产物具有吸附特性，因此它会从溶剂介质中吸收反应产物和乙醇两者。通过这种方法制得的所得产物包含以下相关物质：乙醇和***。从产物中除去这些物质也需要大量的纯化水，并且不能完全按照制造方法中规定的条件进行。

本领域中已知一种制造甲基硅酸水凝胶的方法，其中通过添加强酸溶液来进行浓度为1.75至2.30mol/l的甲基硅酸钠(或甲基硅酸钾) 溶液的缩聚过程，形成水凝胶，在保持30-90分钟(老化)后将其粉碎，然后通过添加浓度为0.04至0.15g*eq/l的强酸稀溶液进行活化，然后用水冲洗至中性反应[RU 94008432 A1，C08G 77/02，1995]。

形成的凝胶用强酸稀溶液处理(活化阶段)，引起羟基的最终缩合，从而导致超分子结构特性损失和构象迁移性损失。

最接近的现有技术方法是制造基于通式{(CH₃SiO_1.5)·nH₂O}_∞的甲基硅酸水凝胶的吸附剂的方法，包括以下步骤：将强酸溶液添加到甲基硅酸钠或甲基硅酸钾溶液中直到形成产物，然后保持，粉碎，通过添加强酸稀溶液活化产物，并将产物洗涤至中性反应，甲基硅酸钠或甲基硅酸钾溶液的浓度为2.35-2.95mol/l，通过将乘数n变为高达n＝ 495，可以得到呈各种所得形式并且对分子量为10.000-500.000道尔顿及以上的高分子物质表现出选择性吸附特性的吸附剂[UA 82774，C08G 77/00，2008]。

上述方法具有以下缺点。

由于混合物的组分之一是强酸，另一种是甲基硅酸钠的碱性溶液，因此形成了强碱和强酸的盐，这对OH基没有保护作用(这些盐溶液的酸度接近中性)。在这种情况下，***中的转化完全取决于碱性组分的比率，所述比率随合成和强酸组分而降低。

在这些条件下，反应不能得到控制，并且导致产物的物理和化学特征不一致，这使得难以标准化。

在制造步骤中使用强酸稀溶液会导致形成产物的低分子量级分，这促使作为其主要特征的吸附能力降低。根据药物生产相关实践的要求，从活性药物成分(即甲基硅酸水凝胶)的组成完整性考虑，形成低分子量级分应被视为相关物质。

工业生产产生的废水中所含的溶解和悬浮物质的含量超过最大允许浓度的许多倍，这需要创建单独的处理综合设施，并造成进一步处置的问题。

已知具有下式的对中等分子有毒代谢物具有高吸附能力和选择性的甲基硅酸水凝胶(超级肠溶凝胶)：

{(CH₃SiO_1.5)·nH₂O}_∞，

其中n＝44-49，其特征是对刚果红的吸附能力为3.3-4.6mg/g[RU 94008432 A1，C08G 77/02，1995]。

这种水凝胶具有低选择性的纯吸附特性。

最接近的现有技术水凝胶是具有下式的作为中分子代谢物的吸附剂的甲基硅酸水凝胶：

{(CH₃SiO_1.5)·nH₂O}_∞，其中n＝44-49，其特征是对刚果红的吸附能力为3.3-4.6mg/g[RU 2 111 979 C1，C08G 77/02，1998]。

像前面提到的技术一样，这种水凝胶具有低选择性的纯吸附性，并且物理和化学特征不一致，这使得其标准化变得复杂。另外，使用强酸稀溶液导致形成产物的低分子量级分(相关物质)，这促使作为其主要特征的吸附能力降低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶的方法，所述方法是高科技的，成本效益好并且环境友好。

本发明的第二个目的是提供一种应具有选择性吸附特性外加超分子结构特性的水凝胶，在医学和兽医学中用作具有治疗特性的单一物质，以及作为具有控制和/或延长释放和/或靶向递送物质功能的复合组合物的基质。

为了实现上述目的，在提供的制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶的方法中，即根据本发明使用甲基硅酸钠溶液的方法中，将气态酸剂鼓泡通过反应器中的甲基硅酸钠溶液，使所得产物漂浮在反应器的颈部，过程结束后，将产物从反应器排出，抽真空除去残余气体，并用水洗涤以纯化至pH 6.5-7.0且没有残余量的阴离子，从而产生具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶，其化学式如下：

[{CH₃Si(OH)₂O_0,5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1,5}_c/n}·xH₂O，其中

鼓泡时间为45分钟，鼓泡速率为每分钟333ml气态试剂。

气态酸剂是二氧化碳，其被进料通过反应器的底部阀，该操作在密闭***中进行。

气态酸剂是二氧化碳，其被进料通过反应器的顶部阀，该操作在开放***中进行。

气态酸剂是氧化硫(IV)(SO₂)。

气态酸剂是硫化氢-H₂S。

气态酸剂是氧化硫(VI)(SO₃)。

气态酸剂是氯化氢-HCl。

甲基硅酸钠溶液可以被逐滴添加通过梳形器历时20分钟，所述梳形器位于被置于所述气态酸剂介质中的槽的疏水表面上方。

本发明的第二个目的通过权利要求1所述方法制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶来实现，其化学式如下：

[{CH₃Si(OH)₂O_0,5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1,5}_c/n}·xH₂O，其中

与最接近的现有技术相比，本发明的方法是可控的，高科技的，环境友好并且成本效益好。

所制得的甲基硅酸水凝胶具有选择性吸附特性，外加超分子结构特性，这使其可在医学和兽医学中作为具有治疗特性的单一物质，以及作为具有控制和/或延长释放和/或靶向递送物质功能的复合组合物的基质。

由弱酸和强碱相互作用形成的盐溶液对非缩合羟基有保护功能，因为这种盐的溶液的酸度是碱性的。所述聚合物被表征为预组织的构象可迁移的聚合物。

反应在三相***中进行：形成了初始液体、临时气体和固体。聚合物在气相中的枝化不会因抵消液体介质的粘度而受阻。获得的聚合物具有较小的筛孔尺寸，这决定了选择性特性的强度。

形成的凝胶不经酸溶液处理，不会引起羟基的最终缩合，并使得形成超分子结构特性，并提供构象迁移性。所得产物具有选择性增加的吸附特性，并具有超分子结构特性。

在本发明方法的工业实施中，在废水中形成的盐溶液(例如碳酸钠)不需要创建另外的综合设施用于废物处置及其进一步使用或处置，这使得所述方法在经济上有利且环境友好。

对硅氧烷基交联聚合物形成的特征的研究使得建立了化学式，所述化学式同时描述了物质的拓扑组分以及化学组成。

在聚甲基硅氧烷示例中形成净结构是由于聚合物中存在三个基本片段(表1)：

表1

上面的概述是本发明的化学式：

{CH₃Si(OH)₂O_0，5}_a{CH₃Si(OH)O}_b{CH₃SiO_1，5}_c (2)。

这一式子已经根据系数a、b、c的定量度量描述了聚合物分子的拓扑结构。

式(1)和(2)的关系：

n＝a+b+c

k＝0,5(c-a)+1。

式(2)也可以写为式(1)的总形式：

(CH₃Si)_(a+b+c₎O(_{0，5a+b+1，5c)}OH_(2a+b)。

化学式(2)描述了聚甲基硅氧烷的所有可能的结构。应该注意的是，从硅氧烷键的形成特征和特性的角度来看[硅氧烷环键，Voronkov M.G.、Mileshkevich V.P.、Yuzhelevsky Yu.A.新西伯利亚，“科学”， 1976，第413页]，以下结构和片段是不可接受的：

由于实验测定交联聚合物分子量的复杂性，建议使用以下形式的化学式(2)，即：

{CH₃Si(OH)₂O_0，5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1，5}_c/n (3)

化学式(3)是式(1)和(2)的概括。

使用表1中给出的片段码可以方便地写出这一式子。所述化合物可以用下式表示：

M_aD_bT_c (4)

或呈上面给出的形式：

M_a/nD_b/nT_c/n (5)。

表2以具有式M_aD_bT_c和M_xD_yT_x的分子为例示出了缩聚过程中式(4)分子的基本转化。

表2缩聚过程中分子的基本转化

本发明描述先前已知形式[RSiO_1，5]的交联聚合物聚有机硅氧烷的结构的化学式具有以下形式：

{R₁Si(OR₂)₂O_0，5}_a{R₁Si(O R₂)O}_b{R₁SiO_1，5}_c，

其中R₁＝CH₃、C₂H₅、CH₂＝CH等；R₂＝H、CH、C₂H₅等。

在HyperChem 8.09软件包媒介中，使用半经验量子化学方法AMI (扩展的Hückel方法)，使用带电粒子***的相互作用的理论，进行呈各种构象的链尺寸多达50个链节的分子建模和分子参数计算。通过使用Polack-Ribier算法最小化能量及其梯度(能量的变化率)对这一***作进一步优化。

使用包含水合物环境和/或起始试剂(进入相互作用的时间点“零”) 和/或中间反应产物和/或缩聚反应产物的***的示例对分子间和分子内相互作用进行建模。

通过在Microsoft Excel中创建宏，然后根据表2基于转化的随机化可视化所获得***的拓扑结构，在已形成的Flory、Frisch和Stepto 相互作用的概率特征发展理论的基础上，进行目标分子几何参数的估算和缩聚过程的建模[P.Flory，《高分子化学原理》，康奈尔大学出版社，纽约，伊萨卡，1953]。

通过比较存在水合环境和没有水合环境的情况下模型分子中硅原子的归一化坐标的差异来处理分子的几何特征。通过找到与分子模型的原子的几何坐标等距的点来进行获得数据的可视化。随后，基于从等距点到分子原子的一组距离，建立分子在极坐标中的拓扑结构。

图1示出了具有相同链节数的分子的拓扑图的示例：全环 (M₀D₀T_c/n)，原始线性形式(М_2/nD_b/nT₀)和带有水合壳的线性形式 (М_2/nD_b/nT₀·45H₂O)。

从图1可以看出，OH基的存在显著影响分子的构象，而水合壳的存在不显著影响分子的构象的变化。

所呈现数据的总体结论是分子的OH基限定分子的构象迁移性，并且引起OH基的分子内和分子间缩聚两者的某些条件的变化使得物质的超分子特性整体上显现或缺乏。

模型分子在水合物环境下，在结构的空腔内和空腔外不同数量的水分子下的行为使得将所述物质(甲基硅酸水凝胶)的行为定位为相对于客体型分子之间的空隙中存在的物质而言为主体型的超分子或超分子结构。此外，还对在化学性质上包含各种客体的***进行了建模。

使用热重分析、冰点降低测定、安培滴定、根据K.Fisher水滴定、 IR和UV-VIS光谱学的已开发的研究方法和硬件方法证实所述模型和理论。

对通过最接近的现有技术方法制得的甲基硅酸水凝胶样品和通过本发明方法获得的物质样品两者都进行了研究。

对通过本发明方法制得的物质的特性的研究导致发现了出乎意料的先前未知的作用，并证实了上述假设。由此除了具有吸附特性的物质之外还可以将获得的物质定位为具有超分子结构的物质，具有作为预组织的构象可迁移主体的主体-客体类型特性[超分子化学，从英文翻译：第2卷/Jonathan W.Steed,Jerry L.Atwood.–M.；IKC“Akademkniga”，2007]。

对通过本发明的方法获得的物质的结构进行预组织的条件是其骨架的刚性。在这种情况下，将物质定位为主体，针对特定的客体调整并确定主体的选择性。

基于表1式(4)和(5)中的数据，分子中存在最大数量的T片段提供主链刚性。

另一方面，最大的OH基含量提供分子的构象迁移性。分子的弹性和迁移性由D片段提供。

为了满足构象可迁移的预组织结构的条件，式(3)和(5)中的物质系数b/n和c/n的值必须最大。

理论上，化学式(3)和(5)的物质满足所给出的条件，其中系数值对应于以下条件：

在这种情况下，化学式(5)的系数的变化范围将是：

所述化合物的OH基含量计算值将为16％至24％。

实际上，由于保护了所形成的聚合物的OH基和/或由于在分子形成介质中施加了相变，因此可以获得骨架刚性(预组织)条件及其最大构象迁移性的条件。

在最接近的现有技术中，在强酸的弱溶液的影响下在合成中使用了链断裂的阶段，这不会引起对OH基的保护，而是促使其缩聚至平衡阶段。结果，这导致形成刚性的预组织结构，其不具有主体-客体类型特性，但是具有仅由所产生的孔的吸附能力所引起的选择性。

为了通过对储备溶液和稀释溶液的冰点降低来测定溶解的聚合物的分子量，对甲基硅酸钠储备液进行研究，得出的结论是，溶液中存在来自4至8个测量单位的一组片段。分子力学建模证实了其压倒性的线性结构。分子线性的另一个原因是聚合物溶液处于强碱性介质中并且被碱性溶剂的OH基饱和。

基于这些研究，通过最接近的现有技术方法使用各种体积的强酸溶液，通过倒入固定体积的甲基硅酸钠，获得的水凝胶的凝胶形成时间与组分的摩尔比成指数关系。这表明了根据自由基链类型的凝胶化反应的进程，因为凝胶化也在少量强酸的存在下发生。已经提出如下描述的凝胶化步骤。

1.中和碱至平衡浓度；

2.通过在H+离子的影响下聚合物的分子间相互作用(分子间缩聚)来增加聚合物的长度；

3.聚合物的环化和三聚(骨架组织化之前的构象)；

4.断链；

5.如果存在足够量的H⁺离子，则内部分子缩聚(由于骨架刚性增加而导致分子的构象迁移性损失)。发生微脱水收缩。

为了维持分子的最佳构象迁移性，必须引入保护分子的OH基的步骤。

由于在最接近的现有技术中描述的制造方法中，混合物的组分之一是强酸，另一种组分是甲基硅酸钠的碱性溶液，因此形成强碱与强酸的盐，这对OH基没有保护作用(这些盐的溶液的酸度接近中性)。在这种情况下，***中的转化完全取决于碱性组分的比率，所述比率随合成和强酸性组分而降低。

在要求保护的方法中可以避免这个缺点。

众所周知，甲基硅酸钠溶液中含有碱金属阳离子；因此，为了获得弱盐，它可对分子的OH基有保护作用，必须使用具有弱阴离子的酸或气态酸酐。

在满足上述条件的大量物质中，作者聚焦于使用气态酸剂，例如：

-二氧化碳-CO₂；

-氧化硫(IV)-SO₂；

-氧化硫(VI)-SO₃；

-硫化氢-H₂S；

-氯化氢-HCl

根据以下实施例制得的甲基硅酸水凝胶经过复杂的研究，出乎意料地具有超分子化合物的特性。

分析获得的数据得出的结论是获得超分子结构的前提是：

-***中存在OH基保护组分，并且由形成的以下溶液提供保护作用：碳酸钠(在使用二氧化碳合成的情况下)；亚硫酸钠(在使用二氧化硫(IV)合成的情况下)；硫化钠(在使用硫化氢合成的情况下)；

-存在气-液相变。在这种情况下，由于存在气相，分子的环化和三聚更容易，这与液相中的相同过程不同(液体抵消了粘度，这比气体的粘度高一个数量级)。

由于在水凝胶的合成中使用气态弱酸和气态弱酸酐，两个前提都被满足，从而有可能获得具有明显超分子特性的样品。在使用氧化硫 (VI)和氯化氢时，仅满足了第二个前提，样品的超分子性不太明显。

具体实施方式

制造具有超分子特性的甲基硅酸水凝胶的实施例：

实施例1.制造具有超分子特性的甲基硅酸水凝胶。

使200ml甲基硅酸钠溶液(C_NaOH＝3.2M；W_(PMS)＝180g/l)与总体积为15升的二氧化碳反应。鼓泡时间为45分钟。鼓泡速率为333 ml CO₂/min。所应用的进料方法是通过反应器的底部阀进料。所述过程在密闭***中进行。所得产物漂浮在反应器的颈部。所述过程完成后，将产物从反应器中移出，抽真空以除去残余气体，并用水洗涤，以纯化至pH 6.5-7.0且没有残余量的阴离子。产量为219g(在甲基硅酸钠中的67％聚甲基硅氧烷)。

在下文中，所述实施例的样品码为MSAHG CO₂ 1

实施例2.原料的比率与实施例1中的相同。进料方法是通过反应器的顶部阀进料。所述过程在开放***中进行。所得产物漂浮在反应器的颈部。其他步骤与实施例1中的相同。产量为232g(在甲基硅酸钠中的71％聚甲基硅氧烷)。

在下文中，所述实施例的样品码为MSAHG CO₂ 2

实施例3.在20升的立方体形容器中填充二氧化碳，占3/4的体积。在容器中，预先放置了一个弹性的氟塑料斜槽，其侧面封闭在一个环中，配备有在水平面上与主斜槽成45°角设置的横向槽。所述设计被放在形成一条环形传送带的两个轴上。一个轴通过齿轮连接到电动机。与容器的倾斜角度为15-30°。沿斜槽底部向上运动的线速度范围为30至60cm/min。通过具有六个喷嘴的梳形器逐滴进给甲基硅酸盐溶液。甲基硅酸钠的总体积为200ml。所述过程耗时20分钟。在重力作用下，液滴在CO₂气氛中沿斜槽的疏水表面滑动，使得液滴混合并进一步凝固。由于斜槽的线速度的反作用，所述过程在尽可能接近 CO₂气氛中液滴自由落下的条件下进行。其他步骤与实施例1中的相同。产量为238g(在甲基硅酸钠中的73％聚甲基硅氧烷)。

在下文中，所述实施例的样品码为MSAHG CO₂ 3

实施例4-6.所使用的设备和所采用的方法与实施例1-3中所述的相同，不同之处在于使用氧化硫(IV)-SO₂作为气体。

产物产量分别为228g(71％)；222g(68％)；231g(70％)。

在下文中，所述实施例的样品码分别为MSAHG SO₂4、MSAHG SO₂5、MSAHG SO₂6。

实施例7-9.所使用的设备和所采用的方法与实施例1-3中所述的相同，不同之处在于使用硫化氢-H₂S作为气体。

产物产量分别为230g(67％)；228g(70％)；220g(66％)。

在下文中，所述实施例的样品码分别为MSAHG H₂S7、MSAHG H₂S8、MSAHG H₂S 9。

实施例10-12.所使用的设备和所采用的方法与实施例1-3中所述的相同，不同之处在于使用氧化硫(VI)-SO₃作为气体。

产物产量分别为242g(69％)；230g(68％)；245g(71％)。

在下文中，所述实施例的样品码分别为MSAHG SO₃ 10、MSAHG SO₃ 11、MSAHG SO₃12。

实施例13-15.所使用的设备和所采用的方法与实施例1-3中所述的相同，不同之处在于使用气态氯化氢-HCl作为气体。

产物产量分别为234g(72％)；236g(72％)；237g(68％)。

在下文中，所述实施例的样品码分别为MSAHG HCl13、MSAHG HCl14、MSAHG HCl15。

实验部分

对使用已知方法[UA第82774号，C08G 77/00，2008](样品码 MSAHG 0)制得和根据实施例1-15中的方法制得的甲基硅酸水凝胶进行以下研究：

-吸附活性；

-结构类型；

-超分子结构中固有的主体-客体类型特性的存在。

使用[关于分析方法验证的药物法规文件，注册证书编号 UA/2341/01/01“甲基硅酸水凝胶，用于生产非无菌剂型的凝胶(物质)”，申请人封闭式股份公司“Ekoloohoronnafirma”KREOMA-PHARM”， Kiev，2004，第10页]中描述的方法研究样品的吸附活性。

甲基橙(MO)、刚果红(CR)、孟加拉粉(BP)和蛋白质-牛血清白蛋白V(BSA)指示剂的水溶液用作被吸附物。对于BSA溶液，在用缩二脲试剂处理蛋白质溶液的等分试样后，对缩二脲复合物进行 UV-VIS分光光度法。当对从实施例1-9获得的样品应用上述方法来控制吸附活性时，指示剂达到高值。基于制造商确认数据的可靠性超过标称值不超过140％[乌克兰国家药典/国营企业“科学和专家中心药典中心”，第1版，第2增补版，哈尔科夫：国营企业“科学和专家中心药典中心”，2008，第620页]，所述方法在可靠值情况下的工作能力为4.50μmol/h。在充实数据的情况下，专利作者以“大于4.50μmol/g”的形式应用以μmol/g为单位的吸附活性值。平行地，以mg/g为单位计算吸附活性值。表3给出了所获得的吸附活性值数据。

使用红外光谱和混合水检测方法研究样品的结构类型。

对于红外光谱，将样品的测试部分预先置于石蜡油中并分散以形成均匀的悬浮液。将所得混合物置于加热箱中，加热至150℃，并在这一温度下保持1:00，以从水凝胶中完全除去水。冷却后，将混合物重新分散。对于所有制备的样品，在IRAffinity-lS FT-IR光谱仪上记录IR 光谱。平行地，记录纯石蜡油的IR光谱以进一步将其从主光谱中减去。

以上制备样品的技术使得有可能以最小的主要特性损失来研究测试样品的直接结构，所述主要特性是在样品正常加热期间由于加热过程中OH基的缩聚而损失的。

使用光谱的傅立叶变换处理获得的IR光谱，重点是在1200-1000 cm^-1(Si-O-Si-键)和800-650cm^-1(分子的骨架振动)范围内的波数范围。在分子中存在大量的T片段的情况下，会观察到在800-650cm^-1范围内吸收线强度增加以及在所述范围内线位置发生变化两者。为了建立强度对T片段浓度的依赖性，按照表2中所示的方案，用不同浓度的盐酸溶液进一步处理样品，引起水凝胶的缩聚和T片段的形成。完全脱水样品的强度值用作红外光谱上强度值的参考点(式M₀D₀T₁)。

为了计算分子中OH基的含量，使用混合水测定方法：热重分析法和根据K.Fisher方法滴定水。基于这一对照的常规技术使用热重分析法测定水。测定水总量的结果是进一步计算样品组成的起点。

根据K.Fisher方法对制备的样品进行水滴定。样品制备包括将甲基硅酸水凝胶与不同量的已知水含量的甲醇预混合。使用称重法进行混合。由于当与水凝胶混合时，甲醇最初会溶解在水合壳的水中，并部分引起OH基的溶剂化物取代和缩聚，因此使用不同比率的甲醇和水凝胶外推至零甲醇含量使得可以计算出样品中OH基的含量。样品中 OH基含量的最终值是从通过热重分析法获得的水的质量减去根据K. Fisher方法滴定水过程中外推至零甲醇含量获得的水的质量然后将结果乘以2来计算。计算结果如表3所示。

在研究过程中，使用已知方法[UA第82774号]制得的水凝胶主要由具有以下系数范围的式子描述：

D片段和T片段的比率为0.06:0.11，OH基含量为 12-26％。用所述方法制得的水凝胶由具有以下系数范围的式子描述：

D片段和T片段的比率为0.10:0.15，OH基含量为20-24％。

基于所进行的研究，实施例1-15中获得的甲基硅酸水凝胶的化学通式为：

[{CH₃Si(OH)₂O_0,5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1,5}_c/n}·xH₂O

或呈简化形式：

M_a/nD_b/nT_c/n·xH₂O,

其中

11≤x≤35；

超分子特性的研究遵循以下原则：

1.选择改变水凝胶分子构象的条件。换句话说，选择用于锁定/ 解锁“客体”和“主体”的“钥匙”[超分子化学，从英文翻译：第2 卷/Jonathan W.Steed,Jerry L.Atwood.–M.；IKC“Akademkniga”，2007]。

2.检查形成的复合物的强度。换句话说-“抗断裂性”；

3.将特定的“客体”识别为选择性属性。

为了测试主体-客体水凝胶的行为，先前记录了指示物质(MO、CR、BP、BSA)的相等溶液在以下范围内的pH值下的UV-VIS吸收光谱：1.0至9.0，反之亦然-对于除BSA之外的被吸附物溶液为9.0至 1.0，和3.0至8.0，反之亦然-对于BSA溶液为9.0至1.0。对于BSA 溶液，溶液的温度范围为40℃至60℃，对于其他被吸附物的溶液，溶液的温度范围为40℃至80℃。

通过首先向包含水凝胶和被吸附物溶液的***中加入足以使溶液达到pH 1.0的量的盐酸来进行主体-客体水凝胶特性的研究。

对特性进行了进一步的研究：

-通过添加氢氧化钠溶液改变介质的pH值时；

-用纯化水倾析稀释被吸附物溶液时；

-在增高的温度下加热和老化时。

为了比较各种水凝胶样品的吸附活性，先前测量的以mg/g为单位的吸附活性归一化为0到1(0-100％)的数值范围。

水凝胶的相对吸附活性随介质pH值的变化示于图2中。

从图2可以看出，通过要求保护的方法制得的水凝胶样品具有主体-客体类型的超分子，部分可再生的特性。在当前情况下，客体的锁定发生在相当低的pH值下，并持续到高达8.5个单位的pH值。样品再次出现类似效果的能力也是出乎意料的。考虑到pH值非常接近人胃肠道的pH值，从医学角度来看，发现的特性的表现将是有用的。

通过用纯化水倾析稀释被吸附物的储备溶液并进行温度变化的研究，以排除样品仅吸附组分特性的可能表现。

通过要求保护的方法制得的水凝胶样品证明了主体-客体类型的超分子结构作为预组织的构象可迁移主体的典型行为。

用纯化水倾析，同时测量溶液的光密度并计算被吸附物浓度。根据要求保护的发明的方法制得的水凝胶在用纯化水倾析时，部分解吸了20-30％(MO、CR、BP)和35-50％(BSA)范围内的被吸附物，当溶液的pH值改变时，其表现类似于图2中的曲线。

加热溶液和在40至60(80)℃的温度范围内老化不会引起值的明显变化。

Claims (10)

1.一种制造具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶的方法，所述方法使用甲基硅酸钠溶液，其中将气态酸剂鼓泡通过反应器中的所述甲基硅酸钠溶液，使所得产物漂浮在反应器的颈部，在过程结束之后，将所述产物从反应器排出，抽真空除去残余气体，并用水洗涤以纯化至pH 6.5-7.0且没有残余量的阴离子，从而获得所述具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶，其化学式如下：

[{CH₃Si(OH)₂O_0,5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1,5}_c/n}·xH₂O，其中11≤x≤35；

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述鼓泡时间为45分钟，所述鼓泡速率为每分钟333ml所述气态酸剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是二氧化碳，其被进料通过所述反应器的底部阀，该操作在密闭***中进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是二氧化碳，其被进料通过所述反应器的顶部阀，该操作在开放***中进行。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是氧化硫(IV)-SO₂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是硫化氢-H₂S。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是氧化硫(VI)-SO₃。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态酸剂是氯化氢-HCl。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲基硅酸钠被逐滴添加通过梳形器历时20分钟，所述梳形器位于被置于所述气态酸剂介质中的槽的疏水表面上方。

10.一种具有超分子结构特性的甲基硅酸水凝胶，其化学式如下：

[{CH₃Si(OH)₂O_0,5}_a/n{CH₃Si(OH)O}_b/n{CH₃SiO_1,5}_c/n}·xH₂O，其中11≤x≤35；

其中所述水凝胶根据权利要求1所述方法制造。

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