一种纳米pH敏感智能材料的制备及其药品负载方法
【专利摘要】本发明属于材料和药品智能释放控制技术应用领域，涉及一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，其特征为引入合适的交联剂和引发剂，除氧状态下，使丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺在醇水溶液中发生交联反应，生成水凝胶。用二次蒸馏水清洗，去除表面杂质，烘干，并磨到纳米尺寸，得到纳米pH敏感智能材料。还提供负载药品的方法，确定材料溶胀比最大时对应的pH值；在该pH值的溶液中，加入需要负载在pH敏感材料中的药品，直至饱和，浸入制备材料，即可将药品负载在该材料中。本发明pH敏感材料制备工艺简单，原料来源广，价格低，容易实现批量制备。药品负载方法简单易行，适用于多种需在特定pH条件下释放的药品控制释放。
【专利说明】
一种纳米pH敏感智能材料的制备及其药品负载方法
技术领域
[0001 ]本发明属于材料和药品智能释放控制技术应用领域，具体涉及一种纳米pH敏感智 能材料的制备及其药品负载方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，人类不断开发出具有各种功能的生物、化学制剂，如医药、 农药、化学肥料等。这些物质对于推动现代工业的发展，提高人们的生活质量起到了至关重 要的作用。化学产品的普遍使用，在推动社会发展、为人民生活带来便利的同时，也带来了 环境污染、药物残毒等问题，给人类的健康和生态环境的稳定带来了威胁。
[0003] 随着社会的发展和人类的不断进步，环境保护在世界范围日益受到重视，对农药 的毒性、安全性、残效性的规定更加严格。
[0004] 与此同时，调查研究表明多数化工产品在使用过程中存在着流失或浪费的现象， 如30%，农药和化肥的流失率达到50%~60%。这不仅在经济上造成浪费，而且可能造成大面积 的环境污染。
[0005] 实际上，很多药品在特定环境中施用才能最大效果的发挥作用，如小肠等用药需 要在pH大于7的肠道环境中释放才能发挥最佳效果，如果在胃部的酸性环境中就释放，不仅 不会造成药品的浪费，还可能会发生一些副反应，产生不利影响。如果能够控制药品在该条 件下释放，将可大大提高药品的利用率，减少药品的用量。
[0006] 因此，释放数量可控、释放时间可控和释放空间可控，一直是化学药品新剂型研究 的一个重要方向。
[0007] 其中，许多药剂的释放环境都与pH有关。如混凝土中，由于钢筋表面存在钝化膜， 钢筋腐蚀速率非常低，钢筋阻锈剂在pH值大于11时释放，效果非常有限，但如果能使药剂恰 巧在pH小于11时释放，阻锈剂则能够最大限度的修复破损的钝化膜，抑制金属的腐蚀，且药 剂损失非常低，能够有效的控制化学试剂对环境的污染，因此开发具有pH敏感性的智能载 体材料，控制药剂在特定pH值下释放具有重要的经济与环境意义。
【发明内容】
[0008] 本发明为解决现有技术存在的技术问题，提供一种具有可根据环境pH值智能控 制释放的药品载体材料制备和药品负载方法，以实现以下发明目的： (1) 本发明制备的pH敏感材料，制备成本低； (2) 本发明制备的pH敏感材料，可控性强;应用范围广，可以负载缓蚀剂、农药、化肥等 各种领域的药剂； (3 )本发明制备的pH敏感材料，载药量大，在pH敏感材料溶胀比最大时，对应的pH环境 中，药物释放率高； (4) 本发明负载药品的方法简单，材料达到吸附平衡的时间仅10~24h; (5) 本发明制备的材料可在环境中自然降解，降解产物可被生物体分解吸收，属于无公 害广品。
[0009] 为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下： 一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，所述制备方法，包括溶解，加入交联剂，加入引 发剂，聚合反应，清洗、烘干、研磨。
[0010] 以下是对上述技术方案的进一步改进： 所述溶解，按照重量比，将丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺共25份溶解在75份25%醇水溶 液中。
[0011] 所述加入交联剂，在去氧状态下，按照重量比加入0.5~2.5份亚甲基双丙烯酰胺作 为交联剂。
[0012]所述加入交联剂，优选为按照重量比加入0.2~0.25份； 所述加入交联剂，优选为按照重量比加入1~2份； 所述加入引发剂，分别加入0.2~1份亚硫酸氢钠和0.2~1份过硫酸钾作为引发剂，引发 聚合反应； 进一步优选，所述加入引发剂，分别加入〇. 2份亚硫酸氢钠和0.2份过硫酸钾； 所述聚合反应，20~80°C水浴中发生反应1~24h，生成水凝胶。
[0013]进一步优选，所述聚合反应，在25-60°C水浴中发生反应5~15h，生成水凝胶。
[0014]所述清洗、烘干、研磨，用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在20~120°C烘箱中 烘干，研磨速度不低于1 〇〇〇〇转/分，研磨时间不超过5分钟。
[0015] 所述研磨，研磨速度优选为10000~29000转/分，研磨时间为2~5分钟。
[0016] 所述烘干，烘干温度优选为30~80 °C。
[0017]所述溶解，丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺的质量比为0~100:0~100且丙烯酸或丙 烯酸酯与丙烯酰胺，至少含有一种。
[0018]所述溶解，作为单体的丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺的重量比控制在30~80:70~ 20;所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸丁酯中的一种或多种。 [0019] -种纳米pH每j[感智能材料的药品负载方法，配制缓冲溶液，测定pH每j[感智能材料 随pH的响应情况，确定pH敏感智能材料的溶胀比最大时对应的pH值pH-max;在pH值接近pH-max的溶液中，加入需要负载在pH敏感材料中的药品，直至饱和，浸入制备的pH敏感材料，即 可将药品负载于该材料中。
[0020] 所述缓冲溶液的pH值与材料平衡溶胀比最大时对应的pH值相当时，可获得最大载 药量。
[0021] 所述pH敏感材料，具有贯穿网络结构，分子中含有大量亲水性的羧基、氨基基团， 在碱性环境中，羧基水解，环境中的水分子可进入pH敏感材料的网络结构中，引起pH敏感材 料的体积膨胀，负载的药剂分子可借助该效应进入或溶出由pH敏感材料制备的载体。当所 述pH敏感材料所处环境显酸性时，氨基集团可发生水解，造成pH敏感材料体积膨胀，负载其 中的药剂即可释放出来，以此智能控制药剂的释放。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点及有益效果如下： 1、本发明涉及的材料制备工艺简单，原料来源广，价格低廉，制备过程中所需能耗少， 材料的制备成本低廉;本发明所有的药品都为工业常用药品，价格都比较低，整个过程中， 基本不涉及能源消耗，仅研磨过程不到5分钟的能耗，因此成本低廉。
[0023 ] 2、本发明制备的材料粒径可以调控，材料的释放控制范围也可根据调节单体成分 控制，因此制备出的材料能够满足PH1~14多种环境下药品的智能释放控制需求;应用范围 广，可以用来负载磷酸盐、苯甲酸盐、柠檬酸盐、亚硝酸盐等物质；本发明制备的材料，用来 负载亚硝酸钠，能够控制在pH小于11时释放，抑制金属的腐蚀，且药剂损失非常低。
[0024] 3、本发明制备的pH敏感材料，载药量为70%到80%;当所处环境的pH值，对应于纳米 pH敏感智能材料的最大溶胀比时，10~24小时可达到释放最大值，释放出80%以上，药剂损失 率小于20%。
[0025] 4、本发明负载药品的方法非常简单，仅需要简单的浸泡过程即可，且材料达到吸 附平衡的时间仅有24h，可迅速实现药品负载，大大节约人力和能源，易于实现大规模生产。
[0026] 5、本发明制备的材料可在环境中自然降解，降解产物可被生物体分解吸收，属于 无公害产品。
[0027] 6、本发明制备的pH敏感智能材料，结构式为：
【附图说明】
[0028] 图1:本发明合成材料的红外光谱图。
[0029]图2:实施例2合成的材料随pH变化的平衡溶胀比变化曲线。
[0030]图3:本发明合成材料随pH材料的降解性测试结果。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0032]实施例1 一种纳米pH敏感智能材料的制备方法 包括以下步骤： (1) 溶解 按照重量比1:1，将丙烯酸和丙烯酸酯乙酯共5g溶解在15g 25%醇水溶液中； (2) 加入交联剂 通入氮气，在去氧状态下，加入〇. 〇5g亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂； (3) 加入引发剂 分别加入0.04g亚硫酸氢钠作和0.04g过硫酸钾作为引发剂引发聚合反应； (4) 聚合反应 50 °C水浴中发生反应15h，生成水凝胶； (5) 清洗、烘干、研磨 用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在60 °C烘箱中烘干，用高速研磨机以10000转/ 分的速度研磨5分钟至纳米尺寸，即得到pH敏感智能材料。
[0033]实施例2 -种纳米pH敏感智能材料的制备方法 包括以下步骤： (1) 溶解 按照重量比1:1，将丙烯酸和丙烯酰胺共5g溶解在15g 25%醇水溶液中， (2) 加入交联剂 通入氮气，在去氧状态下，加入〇. 〇4g亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂； (3) 加入引发剂 分别加入0.04g亚硫酸氢钠作和0.04g过硫酸钾作为引发剂引发聚合反应； (4) 聚合反应 25 °C水浴中发生反应8h，生成水凝胶； (5) 清洗、烘干、研磨 用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在50 °C烘箱中烘干，用高速研磨机以29000转/ 分的速度研磨2分钟至纳米尺寸，即得到pH敏感智能材料。
[0034 ]实施例3-种纳米pH敏感智能材料的制备方法 包括以下步骤： (1) 溶解 将丙烯酰胺共5g溶解在15g 25%醇水溶液中； (2) 加入交联剂 通入氮气，在去氧状态下，加入〇. 〇4g份亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂； (3) 加入引发剂 分别加入0.04g亚硫酸氢钠作和0.04g过硫酸钾作为引发剂引发聚合反应； (4) 聚合反应 25 °C水浴中发生反应5h，生成水凝胶； (5) 清洗、烘干、研磨 用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在60 °C烘箱中烘干，用高速研磨机以29000转/ 分的速度研磨2分钟至纳米尺寸，即得到pH敏感智能材料。
[0035 ]实施例4一种纳米pH敏感智能材料的制备方法 包括以下步骤： (1) 溶解 按照重量比1:2:2将丙烯酸、丙烯酸丙酯和丙烯酰胺共5g溶解在15g 25%醇水溶液中； (2) 加入交联剂 通入氮气，在去氧状态下，加入〇. 〇4g亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂； (3) 加入引发剂 分别加入0.04g亚硫酸氢钠作和0.04g过硫酸钾作为引发剂引发聚合反应； (4) 聚合反应 40°C水浴中发生反应5h，生成水凝胶； (5) 清洗、烘干、研磨 用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在40 °C烘箱中烘干，用高速研磨机以20000转/ 分的速度研磨3分钟至纳米尺寸，即得到pH敏感智能材料。
[0036] 实施例5 -种纳米pH敏感智能材料的制备方法 包括以下步骤： (1) 溶解 按照重量比2:3,将丙烯酸丙酯和丙烯酰胺共5g溶解在15g 25%醇水溶液中； (2) 加入交联剂 通入氮气，在去氧状态下，加入〇. 〇4g亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂； (3) 加入引发剂 分别加入0.04g亚硫酸氢钠作和0.04g过硫酸钾作为引发剂引发聚合反应； (4) 聚合反应 40°C水浴中发生反应5h，生成水凝胶； (5) 清洗、烘干、研磨 用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在50 °C烘箱中烘干，用高速研磨机以20000转/ 分的速度研磨3分钟至纳米尺寸，即得到pH敏感智能材料。
[0037] 本发明制备的纳米pH敏感智能材料，可以用来负载磷酸盐、苯甲酸盐、柠檬酸盐、 亚硝酸盐等物质。下面以负载亚硝酸钠为例，进行说明本发明纳米pH敏感智能材料的药品 负载方法。
[0038]实施例6-种纳米pH敏感智能材料的药品负载方法 检测实施例1制备的pH敏感材料，平衡溶胀比最大时对应的pH值为11; 将所需负载的药品一常用阻锈剂亚硝酸钠溶解在pH=ll的溶液中，直到饱和，浸入实施 例1制备的pH敏感材料，24小时候取出烘干，即可获得负载有亚硝酸钠的pH敏感材料。
[0039]实施例7-种纳米pH敏感智能材料的药品负载方法 检测实施例2制备的pH敏感材料，平衡溶胀比最大时对应的pH值为10; 将所需负载的药品一常用阻锈剂亚硝酸钠溶解在pH=10的溶液中，直到饱和，浸入实施 例2制备的pH敏感材料，24小时候取出烘干，即可获得负载有亚硝酸钠的pH敏感材料。
[0040]实施例8-种纳米p H敏感智能材料的药品负载方法 检测实施例3制备的pH敏感材料，平衡溶胀比最大时对应的pH值为12; 将所需负载的药品一常有阻锈剂亚硝酸钠溶解在pH=l2的溶液中，直到饱和，浸入实施 例3制备的pH敏感材料，24小时候取出烘干，即可获得负载有亚硝酸钠的pH敏感材料。
[0041 ]实施例9 一种纳米pH敏感智能材料的药品负载方法 检测实施例4制备的pH敏感材料，平衡溶胀比最大时对应的pH值为11; 将所需负载的药品一常有阻锈剂亚硝酸钠溶解在pH=l 1的溶液中，直到饱和，浸入实施 例4制备的pH敏感材料，24小时候取出烘干，即可获得负载有亚硝酸钠的pH敏感材料。
[0042]实施例10-种纳米p H敏感智能材料的药品负载方法 检测实施例5制备的pH敏感材料，平衡溶胀比最大时对应的pH值为11; 将所需负载的药品一常有阻锈剂亚硝酸钠溶解在pH=l 1的溶液中，直到饱和，浸入实施 例5制备的pH敏感材料，24小时候取出烘干，即可获得负载有亚硝酸钠的pH敏感材料。
[0043] 本发明制备的纳米pH敏感智能材料，载药量为70%到80%。
[0044] 当所处环境的pH值，对应于纳米pH敏感智能材料的最大溶胀比时，10小时可达到 释放最大值，释放出80%以上。
[0045] 从图1可以看出，单体中在998 cm-1附近表征振动C = C-H的特征峰消失，而代表 1170 cm-1附近C-C键振动的峰增强，说明单体发生了聚合。同样，由CH2 = CH-C00R中H的振 动引起3000 cm-1左右略>3000 cm-1的峰消失，而表征亚甲基中H振动的峰2930cm-1出现， 表明发生了聚合反应。生成了目标聚合物。
[0046]从图2可以看出，随环境中pH值的改变，化合物的平衡溶胀比发生显著变化，表明 材料具有明显的pH敏感性，适合作为药品载体;最大溶胀比超过3500%，表明材料可负载3-4 倍重量比的药剂。
[0047]从图3为将合成材料交替放在pH=12.6的氢氧化钠溶液（lh)和pH=l的盐酸溶液 (lh)共小时的结果。如图3所示，可以看到材料在碱性环境中发生溶胀，在酸性溶液中发生 退溶胀。但是随着溶胀退胀次数的增加，材料的溶胀比逐渐趋于稳定，这归因于材料在酸 性、碱性溶液中都可发生解离。一般用于适用于该智能材料的环境，都要求材料该材料有较 大的平衡溶胀比，这时，随着时间的变迀材料可发生解离，最终在服役环境中降解。表明制 备的化合物可以在服役环境中降解，为绿色材料。
[0048]以上所述为本发明实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术 人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示 而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:所述制备方法，包括溶解，加入 交联剂，加入引发剂，聚合反应，清洗、烘干、研磨。2. 根据权利要求1所述的一种纳米p Η敏感智能材料的制备方法，其特征在于：所述溶 解，按照重量比，将丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺共25份溶解在75份25%醇水溶液中。3. 根据权利要求1所述的一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:所述加入 交联剂，在去氧状态下，按照重量比加入0.5~2.5份亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。4. 根据权利要求1所述的一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:所述加入 引发剂，分别加入0.2~1份亚硫酸氢钠和0.2~1份过硫酸钾作为引发剂，引发聚合反应。5. 根据权利要求1所述的一种纳米pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:所述聚合 反应，20~80 °C水浴中发生反应1~24h，生成水凝胶。6. 根据权利要求1所述的一种纳米p Η敏感智能材料的制备方法，其特征在于：所述清 洗、烘干、研磨，用二次蒸馏水清洗三次，去除表面杂质，在20~120 °C烘箱中烘干，研磨速度 不低于10000转/分，研磨时间不超过5分钟。7. 根据权利要求1所述的一种纳米p Η敏感智能材料的制备方法，其特征在于：所述溶 解，丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺的质量比为〇~100:0~100;所述丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯 酰胺，至少含有一种。8. 根据权利要求1所述一种pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:作为优选，所述 溶解，作为单体的丙烯酸或丙烯酸酯与丙烯酰胺的重量比控制在30~80:70~20;所述加入交 联剂，交联剂的用量为1~2份;所述聚合反应，反应温度为25~60°C ;所述烘干，烘干温度为30 ~8(TC〇9. 根据权利2所述的一种pH敏感智能材料的制备方法，其特征在于:所述丙烯酸酯为丙 烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸丁酯中的一种或多种。10. -种纳米pH敏感智能材料的药品负载方法，其特征在于:配制缓冲溶液，测定pH敏 感智能材料随pH的响应情况，确定pH敏感智能材料的溶胀比最大时对应的pH值pH-max;在 pH值接近pH-max的溶液中，加入需要负载在pH敏感材料中的药品，直至饱和，浸入制备的pH 敏感材料，即可将药品负载于该材料中。
【文档编号】C08F220/18GK105968251SQ201610337971
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】冯丽娟, 陈迪
【申请人】潍坊科技学院