一种具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶及制备方法与应用

1.本发明属于生物医用材料的技术领域，具体涉及一种具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶及制备方法与应用。


背景技术：

2.水凝胶是一种聚合物材料，具有稳定的三维网络以及良好的生物相容性。基于此特性水凝胶已被广泛应用于药物传递、组织工程和皮肤敷料等领域。但传统载药水凝胶有结构不均一、不能精准释放药物等缺陷，而受药位置(如烧伤伤口或发烧等)又会在不同阶段发生温度上的变化。因此，研发出一种能根据受药位置的温度变化而智能释药的水凝胶是临床医疗的迫切需求。
3.具有最高临界溶液温度(ucst)性质的聚合物在相变温度以上聚合物链会发生解离，在相变温度以下聚合物链会聚集。因此将具有ucst性质的聚合物作为药物载体在温度低于相变温度时形成微球进而可以更好地负载药物，而在温度高于相变温度时利于促进药物的完全释放。然而游离的聚合物在作为药物载体负载药物时容易受到环境温度或所处溶液的ph等刺激而发生自身的物理或化学性质的改变从而导致药物泄露。
4.具有聚集诱导发光(aie)特性的荧光材料在荧光成像研究领域扮演着重要的角色。相比于传统的荧光材料，这类材料在聚集状态下会发出更强的荧光，并且具有更好的稳定性，避免了聚集猝灭的问题。通过使用携带aie分子的ucst聚合物，我们可以通过荧光成像等技术观察聚合物在不同温度下的响应情况。
5.将aie标记的ucst聚合物包裹在水凝胶中，可以利用水凝胶的三维网络限制聚合物微球的移动。从而避免了载药聚合物微球的药物泄露等问题，进而提供更长久、更方便的存储方法，以及更温和、更可控的释放环境。与此同时，聚合物的aie性质有利于通过激光扫描共聚焦显微镜直观地观察聚合物微球在水凝胶网络内随温度升高而解离、随温度降低而重新聚集的相变行为。这为研究温敏聚合物的相变机理提供了一种原位、直观的方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种具有最高临界溶液温度(ucst)性质的荧光载药水凝胶及制备方法。
7.本发明的另一目的在于提供上述具有ucst性质的荧光载药水凝胶在生物医药领域的应用。特别在药物传递方面的应用。
8.本发明采用以下技术方案实现：
9.一种具有ucst性质的荧光载药水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
10.首先将具有ucst和aie性质的聚合物(p)作为载体，负载疏水性药物或疏水性药物和光热试剂，得到载药聚合物微球。然后将载药聚合物微球分散在水中，与聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂的水溶液混合，再经光固化，得到具有ucst性质的荧光载药水凝胶。
11.所述具有ucst和aie性质的聚合物p的结构式为：
[0012][0013]
所述聚合物p的重均分子量为10000-15000da，具有温敏性和荧光性质，其ucst随浓度增大而升高，并且聚合物p中的四苯基乙烯单元赋予了聚合物aie功能。
[0014]
所述载药聚合物微球由上述聚合物p与疏水性药物制备得到。
[0015]
具体制备方法为将疏水性药物溶于有机溶剂中，再滴加到聚合物p的70℃水溶液中，再通过超声使混合溶液分散均匀，冷却后，置于4-10℃环境中处理4-6h，经透析、离心、冷冻干燥得到载药聚合物微球。
[0016]
所述载药聚合物微球还可由上述聚合物p、疏水性药物以及光热试剂制备得到。
[0017]
具体制备方法为将疏水性药物、光热试剂溶于有机溶剂中，再滴加到聚合物p的70℃水溶液中，再通过超声使混合溶液分散均匀，冷却后，置于4-10℃环境中处理4-6小时，经透析、离心、冷冻干燥得到载药聚合物微球。
[0018]
所述疏水性药物为扑热息、5-氟尿嘧啶或盐酸阿霉素中的一种。
[0019]
所述有机溶剂为二甲基亚砜(dmso)。疏水性药物在有机溶剂中的浓度为20-80mg/ml，透析时间为12-24小时。
[0020]
所述光热试剂为ir780。光热试剂在有机溶剂中的浓度为10-30mg/ml。所述聚合物p与水的用量比为2mg:(1-5)ml。所述有机溶液与水溶液的体积比为1:(5-20)。
[0021]
将上述载药聚合物微球与聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂的水溶液混合，再经光固化，得到具有ucst性质的荧光载药水凝胶。
[0022]
具体制备方法为将聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂溶于水中，再将载药聚合物微球于4-10℃环境下分散在上述水溶液中，经光固化后，获得具有ucst性质的荧光载药水凝胶。
[0023]
所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量为400-1000中的一种，也可用其它生物相容性良好并且具有较高透明度的其它水凝胶前驱体代替，如甲基丙烯酸化水凝胶(gelma)、壳聚糖、海藻酸钠等。
[0024]
所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量与水的用量比为(5-20)mg:1ml。
[0025]
所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)，固化光波长为405nm，或者为2-羟基-4
’‑
(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(i2959)，固化光波长为365nm。
[0026]
所述光引发剂的质量与水的用量比为(0.5-5)mg:1ml。
[0027]
本发明所述聚合物具有ucst和聚集诱导发光(aie)性质，该聚合物还具有良好的
生物相容性以及稳定的负载药物能力。而利用水凝胶来负载载药聚合物微球，可以为载药聚合物微球提供了更长久、方便的存储方法以及更温和、更可控的释放环境。此外，利用水凝胶的三维网络限制了其包裹的聚合物微球的移动和聚合物的aie性质，可以通过激光扫描共聚焦显微镜直观地观察到聚合物微球随温度升高而解离、随温度降低而聚集的行为。这为研究温敏聚合物的相变机理提供一种原位、直观的手段。
[0028]
本发明具有如下优点及有益效果：
[0029]
(1)本发明利用水凝胶的三维网络限制了其包裹的聚合物微球的移动，聚合物微球具有很稳定的药物包覆效果，在温度小于相转变温度是可以有效的包覆药物，防止药物泄露；而当温度大于相转变温度时，所负载的药物会释放出来。
[0030]
(2)通过水凝胶来负载载药聚合物微球，为载药聚合物微球提供了更长久、方便的存储方法。
[0031]
(3)通过水凝胶来负载载药聚合物微球，为载药聚合物微球提供了更温和、更可控的释放环境。
[0032]
(4)通过水凝胶来负载载药聚合物微球，拓宽了载药聚合物微球的使用场景。
[0033]
(5)本发明利用聚合物的荧光性质通过激光扫描共聚焦显微镜直观观察到聚合物微球随温度升高而解离、随温度降低而聚集的行为。这为研究温敏聚合物的相变机理提供一种原位、直观的手段。
附图说明
[0034]
图1中a、b为实施例1制备的聚合物p在不同浓度水溶液下透光率随温度的变化曲线以及其荧光性质。
[0035]
图2中a、b为实施例1制备的负载不同含量的聚合物微球载药荧光水凝胶的透光率和荧光强度随温度的变化曲线。
[0036]
图3为实施例1制备的荧光水凝胶在365nm紫外灯照射下不同温度的荧光图片。
[0037]
图4为实施例1制备的荧光水凝胶通过激光扫面共聚焦显微镜光观察到的聚合物微球的相变行为。
[0038]
图5为实施例2制备的载药荧光水凝胶在不同温度下的药物释放曲线。
[0039]
图6为实施例3制备的载药荧光水凝胶通过近红外光控制药物释放的开启和关闭。
具体实施方式
[0040]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0041]
实施例1
[0042]
(1)聚合物p的制备：称取400.00mg丙烯酰胺(aam)、150.20mg胆酸衍生丙烯酰胺(caa)、14.00mg四苯基乙烯衍生丙烯酰胺(tpea)、0.33mg偶氮二异丁腈(aibn)、6.30mg氰基甲基十二烷基三硫代碳酸酯(cmdt)溶于1.5ml dmso中，在室温和氮气保护下，搅拌30min，以除去体系中的空气；然后放入预热到75℃的油浴锅中，搅拌24h后迅速置于冰水中降温，再加入3ml dmso稀释，混合物缓慢滴加到250ml甲醇中，经8000rpm离心得到沉淀，再经3天真空干燥得到聚合物p。
[0043]
(2)制备荧光水凝胶：称取上述聚合物p 50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的p水溶液。称取光引发剂lap 50mg溶于2ml去离子水中配成25mg/ml的lap水溶液。按照表1所示的成分占比，量取0、0.1、0.2、0.4、0.6ml的p水溶液分别与0.1ml lap水溶液、0.1ml聚乙二醇二丙烯酸酯以及去离子水(每组前驱体溶液共1ml)配制成h0、h0.5、h1、h2、h3水凝胶前驱体溶液。再经波长为405nm，光强为25mw/cm2的固化灯照射30秒固化，获得h0、h0.5、h1、h2、h3水凝胶。
[0044]
表1示出实施例1中制备的不同组的荧光水凝胶的各个成分占比。
[0045]
表1
[0046][0047]
对本实例制备的聚合物p进行温度响应性测试和荧光性质测试，结果见图1；图1中a、b分别为实施例1制备的聚合物p在不同浓度水溶液下透光率随温度的变化曲线以及其荧光性质；图1中1.0、2.0、3.0分别表示聚合物p在去离子水中的浓度。图1中a测试条件为配置成不同浓度的聚合物p水溶液后，在具有外置加热功能的紫外分光光光度计以1℃/min的速率升温并测量；图1中b测试条件为配置成不同浓度的聚合物p水溶液后，在荧光光谱仪中测量。结论：一方面，聚合物p具有明显的ucst性质且起相转变温度具有浓度依赖性，相转变温度随浓度升高而升高；另一方面，聚合物p具有明显的aie性质，其荧光强度随浓度升高而增强。
[0048]
对本实例制备的荧光水凝胶进行温度响应性测试和荧光功能测试，结果见图2和图3；图2中a、b分别为实施例1制备负载不同浓度聚合物微球的荧光水凝胶的透光率随温度的变化曲线以及在不同温度下的荧光强度曲线；图2中a测试条件为将制备的负载不同浓度聚合物微球的荧光水凝胶在具有外置加热功能的紫外分光光光度计以1℃/min的速率升温并测量；图2中b测试条件为将制备的负载不同浓度聚合物微球的荧光水凝胶在荧光光谱仪中测量。结论：一方面，荧光水凝胶也表现出了明显的ucst性质且其相转变温度具有浓度依赖性，相转变温度随浓度升高而升高；另一方面，荧光水凝胶的荧光性质受温度调控，温度大于相转变温度时，荧光大幅度减弱，温度小于相转变温度时，荧光明显增强，并且可以通过温度重复调节其荧光强度。图3为实施例1制备负载不同浓度聚合物微球的荧光水凝胶在紫外灯下随温度变化的荧光图片；图3测试条件为将制备的负载不同浓度聚合物微球的荧光水凝胶依次放置在30℃、50℃、70℃、30℃环境下平衡5分钟，在紫外灯照射下进行拍照。结论：水凝胶负载的聚合物微球会随着温度升高而解离从而导致水凝胶荧光减弱，随着温度降低而聚集从而导致水凝胶荧光增强；即制备的水凝胶的荧光强度受温度所调控并且是可循环的。
[0049]
对本实例制备的荧光水凝胶负载的聚合物微球的相变行为进行表征，结果见图4；
图4为实施例1制备的荧光水凝胶通过激光扫面共聚焦显微镜光观察到的聚合物微球的相变行为；图4测试条件为取h1水凝胶的前驱体溶液10微升滴在载玻片上，再轻轻盖上厚度为0.17mm的盖玻片，防止气泡产生，再经波长为405nm的固化灯照射固化成胶后放置控温槽中通过激光扫描共聚焦显微镜找到水凝胶中的聚合物微球，将控温槽的温度依次控制在25℃、50℃、25℃平衡5分钟进行拍照。结论：通过水凝胶的三维网络限制了聚合物微球的移动以及聚合物p的ucst性质和aie性质，可以直观地、原位观察到聚合物微球随温度变化的相变行为，聚合物微球随温度升高而解离、荧光消失，随温度降低而原位聚集、荧光出现。
[0050]
实施例2
[0051]
步骤(1)同实施例1。
[0052]
(2)制备荧光水凝胶：称取上述聚合物p 50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的p水溶液。称取光引发剂i2959 50mg溶于2ml去离子水中配成25mg/ml的i2959的悬浊液。分别量取0.2ml p水溶液、0.1ml i2959悬浊液、0.1ml聚乙二醇二丙烯酸酯以及适量的去离子水(前驱体溶液共1ml)配制水凝胶前驱体溶液。再经波长为365nm，光强为25mw/cm2的固化灯照射120秒固化，获得荧光水凝胶。
[0053]
实施例3
[0054]
步骤(1)同实施例1。
[0055]
(2)制备载药的聚合物微球：称取聚合物p 50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的聚合物p水溶液。称取50mg的疏水性药物dox溶于1ml dmso，取100μl滴加在聚合物p水溶液中，在室温下超声使混合溶液分散均匀，置于4-10℃环境中处理4-6小时，经透析、离心、冷冻干燥得到载药聚合物微球。
[0056]
(3)制备载药荧光水凝胶：称取载药聚合物微球50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的混合水溶液。称取光引发剂试剂lap 50mg溶于2ml去离子水中配成25mg/ml的lap水溶液。分别量取0.2ml载药聚合物p水溶液、0.1ml lap水溶液、0.1ml聚乙二醇二丙烯酸酯以及适量的去离子水(前驱体溶液共1ml)，再经波长为405nm，光强为25mw/cm2的固化灯照射30秒固化，获得载药荧光水凝胶。
[0057]
对本实施例制备的载药荧光水凝胶进行在不同温度条件下的药物释放测试，结果见图5；图5为实施例2制备的载药荧光水凝胶在不同温度条件下的药物释放曲线；图5测试条件为将三组制备的载药荧光凝胶分别放置在25℃、37℃、50℃的恒温pbs(0.01m，ph7.4)中，每隔一段时间，取出1ml溶液，并加入等量的pbs溶液。将取出的溶液通过紫外分光光度计测得溶液的吸光度从而获得释放的药物含量。结论：载药荧光水凝胶的药物累计释放率随温度升高而升高，即制备的载药荧光水凝胶能通过温度来调控药物的释放效率。
[0058]
实施例4
[0059]
步骤(1)同实施例1。
[0060]
(2)制备载药的聚合物微球：称取聚合物p 50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的聚合物p水溶液。称取50mg的疏水性药物dox、20mg的光热实际ir780溶于1ml dmso，取100μl滴加在聚合物p的水溶液中，在室温下超声使混合溶液分散均匀，置于4-10℃环境中处理4-6小时，经透析、离心、冷冻干燥得到载药聚合物微球。
[0061]
(3)制备载药荧光水凝胶：称取载药聚合物微球50mg溶于10ml去离子水中配成5mg/ml的混合水溶液。称取光引发剂试剂lap 50mg溶于2ml去离子水中配成25mg/ml的lap
水溶液。分别量取分别量取0.2ml载药聚合物p水溶液、0.1ml lap水溶液、0.1ml聚乙二醇二丙烯酸酯以及适量的去离子水(前驱体溶液共1ml)，再经波长为405nm，光强为25mw/cm2的固化灯照射30秒固化，获得载药荧光水凝胶。
[0062]
对本实施例制备的载药荧光水凝胶进行在有无近红外光照射下的药物释放测试，结果见图6；图6为实施例3制备的载药荧光水凝胶在有无近红外光照射下下的药物释放曲线；图6测试条件为：将两组上述制备的载药荧光凝胶放置室温条件下的pbs(0.01m，ph7.4)中，其中一组在5和20min进行近红外照射，照射时间为1min；每隔一段时间，取出1ml溶液，并加入等量的pbs溶液。将取出的溶液通过紫外分光光度计测得溶液的吸光度从而获得释放的药物含量。结论：近红外光照射时能大幅提高水凝胶的药物释放速率，并且当停止照射时水凝胶的药物释放大幅变缓，即制备的载药荧光水凝胶可以通过近红外实现药物释放的开启与关闭。
[0063]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：包括一下步骤：(1)制备载药聚合物微球：将具有ucst和聚集诱导发光aie性质的聚合物作为载体，与疏水性药物制备得到载药聚合物微球；(2)制备水凝胶：将载药聚合物微球分散在水中，与聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂的水溶液混合，再经光固化，得到载药荧光水凝胶。2.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物的重均分子量为10000-15000，具有温敏性和荧光性质，其ucst随浓度增大而升高，并且聚合物中含有aie单元赋予了聚合物聚集诱导发光功能。3.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物的结构式为：式中x，y，z表示各重复单元的聚合度，其中x+y+z＝100-160，x:y:z＝(6-10):(189-192):1。4.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)具体制备方法为：将疏水性药物或，疏水性药物和光热试剂溶于有机溶剂中，再滴加到聚合物的水溶液中，在室温下超声使混合溶液分散均匀，置于4-10℃环境中处理4-6h，经透析、离心、冷冻干燥得到；所述疏水性药物为扑热息、5-氟尿嘧啶或盐酸阿霉素中的一种。5.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量为400-1000中的一种；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量与水的用量比为(5-20)mg:1ml。6.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)，固化光波长为405nm。7.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光引发剂为2-羟基-4
’‑
(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(i2959)，固化光波长为365nm。
8.根据权利要求1所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶的制备方法，其特征在于：所述光引发剂的质量与水的用量比为(0.5-5)mg:1ml。9.一种由权利要求1～8任一项所述制备方法得到具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶。10.根据权利要求9所述具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶应用于药物传递。

技术总结
本发明属于生物医用材料的技术领域，涉及一种具有最高临界溶液温度性质的载药荧光水凝胶及制备方法与应用。该方法为：制备载药聚合物微球；制备水凝胶：将载药聚合物微球分散在水中，与聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂的水溶液混合，再经光固化制备得到。所述聚合物具有UCST和聚集诱导发光性质，该聚合物还具有良好的生物相容性以及稳定的负载药物能力。而利用水凝胶来负载载药聚合物微球，可以为载药聚合物微球提供了更长久的存储方法以及更温和、更可控的释放环境。利用水凝胶的三维网络限制了其包裹的聚合物微球的移动和聚合物的AIE性质，可通过激光扫描共聚焦显微镜直观地观察到聚合物微球随温度升高而解离、随温度降低而聚集的行为。集的行为。集的行为。


技术研发人员：贾永光 林家炜 陈凯峰
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/9/13