CN112876617B - 一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法，制备过程如下：(1)制备A2(双(2‑丙烯酰氧基乙基)二硫酯)单体；(2)制备含二硫键结构的超支化聚合物；(3)沉淀聚合；(4)除去模板分子；(5)得到多孔分子印迹缓释材料。利用双硫键还原敏感断裂的性质，裂解去除超支化聚合物从而在MIPs中形成多孔结构，有利于模板分子与有效结合位点的传质吸附，是一种温和地制备多孔分子印迹材料的化学方法。所制备多孔MIPs具有材料体系的新颖性，所制备材料具有多孔性和选择性吸附性，预计在药物缓释方面具有良好的潜在应用价值。

Description

一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法
技术领域
本发明属于分子化学领域，具体涉及一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法。
背景技术
分子印迹材料(molecular imprinting polymers，MIPs)主要由模板分子、具有结构互补的功能单体及交联剂共聚而成，在空间结构和位点上与模板分子完全匹配，通常通过氢键、静电作用、疏水作用以及其它非共价的相互作用，使功能单体和模板分子以结构互补的有序状态排布起来，具有构效预定性、特异识别性和广泛适用性。传统的MIPs通过本体聚合方法制备而来，通过印迹交联干燥后将聚合物研磨、破碎、筛分得到一定粒径的MIPs，洗脱除去模板分子后加以应用。虽然本体聚合过程比较简单，但此制备方法存在反复研磨费时、费力、产率低，所得的颗粒形状不规则，粒径高度分散等问题。因此，研究人员对MIPs的制备方法不断进行改进，已从本体聚合改进到悬浮聚合、分散聚合、原位聚合、沉淀聚合、表面印迹等方法。为了实现药物在体内更好的转运与吸收，提高药物对靶组织的针对性，聚合物药物载体体系得到了广泛的关注，采用聚合物材料控释体系能够提高药物的持续性和专一性，有效而简便的提高现有药物的疗效和安全性。MIPs由于其模板药物在聚合物中与功能单体有强的氢键作用，能进一步延迟药物从基体中的释放，具有成为药物载体的潜质。作为药物载体，MIPs对药物的缓释、对药物对映异构体的选择性释放、以及提高药物载体的药物负载量等都具有重要优势。
针对印迹技术中一直存在印迹空穴包埋过深与过紧、结合位点不均一、可接近性差、识别动力学慢等问题，在现有分子印迹材料制备方法基础上，合成利于模板分子的脱除和再结合的多孔结构MIPs，对于提高MIPs有效识别位点的数目和利用率，减少有效位点的包埋，及提高吸附能力具有积极作用。我们采用“可逆共价键”和“超支化聚合物”的协同路径，通过迈克尔加成反应聚合成末端为C＝C并含有双硫键的超支化聚酰胺胺聚合物，通过还原敏感断裂双硫键在MIPs制备过程中的致孔作用，可在其表面直接发生印迹反应从而作为基质制备多孔MIPs，提高有效识别位点的数目和利用率，减少有效位点的包埋，提高吸附能力，和对模型药物分子的选择性包载和控制释放效率，从而扩展提升分子印迹材料功能和效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于超支化聚合物的多孔分子印迹缓释材料的制备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法，制备过程如下：
(1)制备A2(双(2-丙烯酰氧基乙基)二硫酯)单体：用含二硫键结构的双(2-羟基乙基)二硫醚和含端双键的丙烯酰氯，制备末端双键、含可逆二硫键结构的A2单体；
(2)制备含二硫键结构的超支化聚合物：将步骤(1)合成的A2单体，加入B3(1-(2-氨乙基)-哌嗪)单体，通过迈克尔加成反应合成末端为双键的含二硫键结构的超支化聚合物；
(3)沉淀聚合：将步骤(2)合成的超支化聚合物作为反应基质，盐酸硫胺素作为模板分子，甲基丙烯酸作为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，偶氮二异丁腈作为热引发剂，在乙腈中进行沉淀聚合，得到印聚迹合物；
(4)除去模板分子：将步骤(3)中印迹聚合物加入甲醇-乙酸-水溶液洗涤以除去模板分子；
(5)得到多孔分子印迹缓释材料。
在本发明的一个实施例中，在制备所述A2单体前，对反应体系进行无水无氧处理。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(1)中，所述A2与所述B3的摩尔比为2:1-3:1。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(2)中，所述A2与所述B3在2-8mL氯仿中45℃反应2天。
在本发明的一个实施例中，所述氯仿单体浓度0.4-1.8mol/L。
在本发明的一个实施例中，所述(3)过程为鼓泡除氧15min，在60℃的油浴中反应24h。
在本发明的一个实施例中，所述(4)过程为过滤后放入滤纸中密封，放入索氏提取器中，加入所述甲醇、水、冰乙酸混合溶剂，在110℃冲洗3天。
在本发明的一个实施例中，所述甲醇、水、冰乙酸混合溶剂体积比为60:30:10。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
分子印迹技术是以某种特定的靶分子为模板，制备对该分子具备特异选择性聚合物的过程，具有优越的识别性、预定性及实用性。它能够按照不同的目标制备相应的MIPs，以满足各类不同的应用需求。MIPs由于模板分子与功能单体之间具有氢键作用，能够进一步延缓药物从材料中的释放而具有成为药物载体的潜质。超支化聚合物由于分子内的多空腔结构，分子链少缠结和优良的溶解性而受到广泛的关注。
基于以上思路，本发明从制备具有多孔结构的MIPs入手，以含有还原敏感断裂双硫键的化合物为单体制备超支化高分子聚合物，以此为基质进行分子印迹，是制备具有多孔结构MIPs的一种新思路。利用双硫键还原敏感断裂的性质，裂解去除超支化聚合物从而在MIPs中形成多孔结构，有利于模板分子与有效结合位点的传质吸附，是一种温和地制备多孔分子印迹材料的化学方法。所制备多孔MIPs具有材料体系的新颖性，所制备材料具有多孔性和选择性吸附性，预计在药物缓释方面具有良好的潜在应用价值。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多孔分子印迹材料制备示意图；
图2是本发明实施例提供的一种A2单体的合成路线；
图3是本发明实施例提供的一种A2单体的1H-NMR谱图
图4是本发明实施例提供的一种HBP-AP超支化聚合物的合成路线图
图5是本发明实施例提供的一种还原降解过程中GPC曲线随时间变化示意图
图6是本发明实施例提供的一种放大10000倍的四组材料的SEM图像：(a)MIPs-1，(b)NIPs-1，(c)MIPs-2，(d)NIPs-2。
图7是本发明实施例提供的一种多孔印迹材料的载药性能(MIPs-1，NIPs-1为基于超支化降解制备的多孔印迹材料；MIPs-2，NIPs-2为常规法制备印迹材料)
图8是本发明实施例提供的一种四组材料在缓冲溶液中的缓释情况：
(a)pH＝1.7，(b)pH＝7.4。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1，图1是一种多孔分子印迹材料制备示意图，本实施例中涉及A2单体双(2-丙烯酰氧基乙基)二硫酯的制备过程如图2所示，以双(2-羟基乙基)二硫醚(Bis(2-hydroxyethyl)Disulfide，BHEDS)和丙烯酰氯(Allyl chloride，AC)为原料，三乙胺(Triethylamine，TEA)为缚酸剂，在0℃的冰浴中进行反应。由于丙烯酰氯对水敏感，遇水分解，故首先对反应容器内壁进行除水除氧。
具体操作步骤如下：对带有磁力搅拌子的1000mL Schlenk瓶的瓶口及瓶塞处涂抹真空酯，通过双排管通入足量氩气，抽真空并用加热枪(设定温度500℃)烘烤瓶壁5min，待瓶壁温度降至室温后，通入足量氩气，循环上述通氩气、抽真空、加热操作三次，保证反应瓶内完全无水无氧。其他玻璃仪器也要烘干。将Schlenk瓶放入冰浴，在氩气氛围中，依次向Schlenk瓶中加入200mL无水THF，7.266g(40mmol)BHEDS，24.531g(240mmol)TEA，将17.738g(200mmol)AC加入50mL无水THF中，并逐滴缓慢加入Schlenk瓶。待冰浴完全融化并升至室温后撤去，反应24h。然后将所得产物抽滤，用旋转蒸发仪除去THF，将产物溶于100mL二氯甲烷中，依次用100mL NaCl溶液、100mL去离子水洗三次，加入适量无水Na2SO4搅拌30min并过滤。滤液旋蒸，除去二氯甲烷后，用柱层析法(所用硅胶为200-300目，选用二氯甲烷为淋洗剂)进行提纯，随后旋蒸除去二氯甲烷，在真空干燥箱中35℃干燥三天，得到6.12g橘黄色粘稠液体。A2单体的合成路线如图1所示。
通过液体核磁测得的A2单体的1H-NMR谱图如图3所示。图中化学位移δ分别为6.34(a)、6.08(b)、5.79(c)处分别对应-CH＝CH2上质子的特征峰；δ分别为4.35(d)和2.89(e)处分别对应-CH2-上质子的特征峰，且a、b、c、d、e处对应积分面积比为2:2:2:1:1，与预期结构式相符合。δ为7.19处对应溶剂CDCl3峰。
实施例二
请参见图4，图4是一种HBP-AP超支化聚合物的合成路线图，本实施例中涉及“A2+B3”法制备含二硫键结构的超支化聚合物HBP-AP。
以上一步骤中合成的双(2-丙烯酰氧基乙基)二硫酯为A2单体，以1-(2-氨乙基)-哌嗪(1-(2-aminoethyl)-piperazine，AP)为B3单体。其中A2单体0.576g(2-3mmol)，B3单体260μL(1mmol)，A2和B3的摩尔比为2:1-3:1。分别在2-8mL氯仿(单体浓度0.4-1.8mol/L)中45℃反应2天。将反应所得产物旋蒸除去溶剂氯仿，在丙酮中溶解沉淀三次，旋蒸除去丙酮后得到黄色粘稠状液体，得到HBP-AP。HBP-AP超支化聚合物的合成路线如图3所示。
以二硫苏糖醇(DTT)为还原剂，通过GPC曲线的变化监测超支化聚合物HBP-AP的降解过程。为了保证反应充分，还原剂与聚合物的质量比定为4:1。具体实验过程如下：将HBP-AP(50mg)，DTT(200mg)和DMF(20mL)加入50mL的烧杯中并进行搅拌，在特定的时间点取出1mL的DMF溶液，经0.22μm的PTFE滤头过滤后注入色谱柱中。如图4所示，在10到30min之间出现的峰对应HBP-AP，24min左右的峰则对应降解产物和DTT。由于产物分子量分布较宽，在降解时间为1h时降解曲线即发生明显变化。随着降解时间的增长，聚合物峰的出现时间越来越晚，并且不断减弱，对应于24min左右的降解产物峰则不断增强。解离实验表明，超支化聚合物中的二硫键可被DTT还原并引起聚合物的降解，在4倍过量的DTT存在下，HBP-AP在12h内完全降解，表现出较快的降解速率。
实施例三
本实施例中涉及MIPs的制备。
将步骤2中合成的超支化聚合物HBP-AP作为反应基质，盐酸硫胺素(Thiaminehydrochloride，THC)分子作为模板，甲基丙烯酸(Methacrylate，MAA)作为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(Ethylene glycol dimethacrylate，EGDMA)作为交联剂，偶氮二异丁腈(Azobisisobutyronitrile，AIBN)作为热引发剂。取50mL圆底烧瓶，分别加入THC 34mg(mmol)，MAA 42μL(mmol)，EGDMA 480μL(mmol)，AIBN 30mg(mmol)，乙腈6.4-16mL，去离子水1.6-4mL，HBP-AP 0-300mg。鼓泡除氧15min，在60℃的油浴中反应24h进行沉淀聚合。撤去油浴，反应停止。将反应得到的印迹聚合物分别过滤后放入滤纸中密封，放入索氏提取器中，加入混合溶剂，在110℃冲洗3天，以除去模板分子THC。由于在质子酸的存在下模板分子更易洗脱，因此加入的甲醇、水、冰乙酸混合溶剂，体积比为甲醇：水：冰乙酸＝60:30:10，冲洗过程中每天更换溶剂一次。洗涤完成后放入60℃的烘箱中烘干。非印迹分子反应完成后用去离子水冲洗，过滤后放入60℃烘箱中烘干。同时制备非印迹材料(NIPs)进行吸附性能比较，其制备过程除去不加模板分子，其余均与印迹材料的制备过程相同。将烘干并含超支化聚合物HBP-AP的MIPs和NIPs各取70mg留样，其余分别加入25mL，0.02g/mL的DTT，在室温下搅拌72h以使材料中的HBP-AP解离。随后将材料用去离子水冲洗，放入60℃烘箱中烘干。
为了直观了解MIPs和NIPs的微观形貌结构，进行扫描电镜测试，结果如图6所示。MIPs-1和NIPs-1为基于超支化聚合物降解制备的多孔印迹材料，从图示看材料具有更加粗糙的多孔结构，由于THC与单体和交联剂通过非共价键作用力形成了印迹位点，以及超支化聚合物的降解作用，从而使MIPs-1(a)具有更多的孔穴结构。对比未加入超支化聚合物的MIPs-2和NIPs-2结构则较为规整。
实施例四
本实施例中涉及多孔MIPs的载药性能研究。
称取定量的多孔印迹材料20mg，分别分散在50mg/L，3mL的THC溶液中，在超声波清洗器中超声5min形成均匀的悬浮液将混合溶液，在室温(25℃)下持续搅拌24h直至达到吸附平衡。在4000rpm下高速离心3min后吸出上清液，用紫外分光光度计测定其在最大吸收波长处的吸光度Abs.，并通过吸光度与浓度的工作曲线，换算成不同吸附时间下的溶液浓度。
图7给出了室温下(25℃)四种材料对模板分子THC的载药曲线。可以看出，两组MIPs对THC均呈现了比NIPs更好的载药能力。MIPs-1对THC的最大载药量达到10.16mg/g，显著高于MIPs-2(6.12mg)、NIPs-1(3.80mg)以及NIPs-2(3.06mg)。MIPs-1中含有的超支化聚合物解离后在材料中形成了更多的通道，增大了THC进入材料内部形成印迹位点的机会和概率，从而对THC的载药量相对于MIPs-2也有显著增加。而NIPs-1由于并未进行THC的印迹，仅仅形成了超支化聚合物断裂后的内部通道，因此载药量相对于NIPs-2基本无增大。
实施例五
本实施例中涉及多孔MIPs的缓释性能研究。
称取定量的固体吸附剂200mg，分别分散在一定初始浓度的THC溶液中，溶液的初始浓度为300mg/L。将混合溶液在室温下(25℃)下持续搅拌48h直到达到吸附平衡。将溶液直接进行抽滤，将粉末样品直接烘干，澄清滤液进行紫外吸光度测试并换算成材料对THC分子的吸附总量。再称取50mg样品，在溶液中进行搅拌，每过一定时间取出3mL左右的混合液，在4000rpm下高速离心3min后吸出上清液，用紫外分光光度计测定其在最大吸收波长处的吸光度Abs.。溶液中等温吸附数据在相同条件下重复两次，并取所得数据的平均值进行计算，重复数据的最大偏差通常小于5％。
将MIPs-1、NIPs-1、MIPs-2、NIPs-2分别在pH＝1.7的酸性缓冲溶液和pH＝7.4的PBS缓冲溶液进行缓释行为研究。四组材料在缓冲溶液中的缓释情况如图8所示。从图中可以看出，在最初的1h内，MIPs-1和MIPs-2各释放出了载药量的10％左右，而NIPs-1、NIPs-2各释放出了50％和80％左右。在之后的6h内，NIPs-2和NIPs-1相继释放完毕，NIPs-1比NIPs-2释放速度快，此时MIPs-1和MIPs-2分别释放出40％和55％左右。随后MIPs-1和MIPs-2继续释放，24h左右MIPs-2完全释放，30h左右MIPs-1完全释放。MIPs-2的释放速度也比MIPs-1快。在pH＝7.4的PBS缓冲溶液中，四种材料对THC分子的释放比例都不高，未降解非印迹的NIPs-2释放比例最高，降解印迹的MIPs-1释放比例最低。这是由于中性缓冲溶液的溶剂分子与模板分子之间基本无互相作用力，材料在溶液中释放出的THC基本为吸附在材料表面或经过浸泡从材料内部逸出的分子。与NIPs相比，MIPs表面吸附的模板分子相对更少，因此释放比例也相对较小。加入超支化聚合物并进行降解后的MIPs载药性能得到了显著提高，对药物的释放时间也相对更长。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多孔分子印迹缓释材料的制备方法，其特征在与，制备摩尔比为2:1-3:1的A2与B3，具体过程如下：
（1）制备A2单体：用含二硫键结构的双二硫醚和含端双键的丙烯酰氯，制备末端双键、含可逆二硫键结构的A2单体；
（2）制备含二硫键结构的超支化聚合物：将步骤（1）合成的所述A2单体，加入1-(2-氨乙基)-哌嗪作为B3单体，通过迈克尔加成反应合成末端为双键的含二硫键结构的超支化聚合物，所述A2与所述B3在2-8mL单体浓度为0.4-1.8 mol/L的氯仿中45 ℃温度下反应2 天；
（3）沉淀聚合：将步骤（2）合成的所述超支化聚合物作为反应基质，盐酸硫胺素作为模板分子，甲基丙烯酸作为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，偶氮二异丁腈作为热引发剂，在乙腈中进行沉淀聚合，得到印聚迹合物；
（4）除去模板分子：将步骤（3）中所述印迹聚合物加入甲醇-乙酸-水溶液洗涤以除去模板分子；
（5）得到最大载药量达到10.16 mg/g的多孔分子印迹缓释材料。
2.如权利要求1所述的多孔分子印迹缓释材料的制备方法，其特征在与，在制备所述A2单体前，对反应体系进行无水无氧处理。
3.如权利要求1所述的多孔分子印迹缓释材料的制备方法，其特征在与，所述（3）过程为鼓泡除氧15 min，在60 ℃的油浴中反应24 h。
4.如权利要求1所述的多孔分子印迹缓释材料的制备方法，其特征在与，所述（4）过程为过滤后放入滤纸中密封，放入索氏提取器中，加入所述甲醇、水、冰乙酸混合溶剂，在110℃冲洗3天。
5.如权利要求4所述的多孔分子印迹缓释材料的制备方法，其特征在与，所述甲醇、水、冰乙酸混合溶剂体积比为60: 30: 10。
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