CN108359054A - 一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法，该水凝胶包括两种相互穿插的网络，一种是丙烯酰胺基苯硼酸AAPBA的聚合物网络，另一种是壳聚糖CS交联网络。所述水凝胶可降低PBA的pKa，在生理pH下对葡萄糖有很好的响应强度和响应速率，相对于无CS交联网络的凝胶，溶胀时间缩短，溶胀度提高，且互穿网络结构提高了水凝胶的机械强度。所述水凝胶的制备方法简单，反应条件温和，适于工业化生产。
Description
【技术领域】
本发明属于医用高分子材料领域，具体涉及到一种葡萄糖敏感型水凝胶及其制备方法。
【背景技术】
糖尿病是一种常见的慢性新陈代谢紊乱疾病，需要精确地监测人体血糖水平以调整胰岛素用量，来控制患者的血糖浓度。只有对血糖连续测量才可以有效控制胰岛素的用量，避免低血糖症的发生。连续实时血糖检测仪以及自我调节的胰岛素释放体系是控制血糖波动的利器。葡萄糖响应型水凝胶在这两项技术的研究中都扮演着核心的角色，可以对体系的葡萄糖浓度进行监控并自动给出响应，释放负载的胰岛素，实现对糖尿病患者血糖浓度智能调控。
葡萄糖响应型水凝胶以苯硼酸基团(PBA)作为识别元素，具有稳定性好、毒性低、没有免疫排斥等优点。PBA及其衍生物在水中存在未电离的疏水硼酸基和电离的亲水硼负离子，电离后的硼负离子很容易和葡萄糖等含有邻二醇的物质通过可逆共价键结合，并形成更加亲水的硼酸盐，使凝胶内部离子强度增大，体系内外产生渗透压差引起凝胶溶胀，水凝胶的溶胀特性随着葡萄糖浓度的变化而给出易检测的相应。但是PBA的pKa(8.6)比生理pH高，pH7.4时大部分PBA处于未电离状态，与葡萄糖的结合力很弱，响应性很低。目前解决这一问题主要通过(1)合成具有较低pKa的PBA衍生物，但合成过程往往复杂昂贵，产率较低。(2)在PBA聚合物链上引入氨基，邻近的氨基会与硼原子发生配位，降低PBA的pKa，但在侧基上的氨基并不能完全裸露，重现性不高。
壳聚糖(CS)是自然界唯一的碱性多糖，分子链上含有大量的氨基，可以和硼原子结合成配合物。采用互穿网络技术，将含PBA共聚物与CS形成互穿网络结构(IPN)水凝胶。CS的氨基与共聚物分子链上的硼酸配位，形成硼负离子，从而提高含PBA水凝胶在生理环境下对葡萄糖的响应性。
【发明内容】
本发明采用互穿网络技术，将基于丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)的共聚物与壳聚糖CS交联物形成基于PBA的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶。所述水凝胶为一种生理条件下对葡萄糖敏感的水凝胶，本发明还涉及一种反应条件温和、合成路线简便的温敏水凝胶制备方法。本发明通过以下技术方案实现。
一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；
基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；
壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。
本发明的进一步改进在于：
酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％。
第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷。
一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取壳聚糖粉末溶于水或乙酸溶液中，形成壳聚糖溶液；
(2)将丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类、第三单体、第一交联剂与加速剂加入至壳聚糖溶液中，然后加入磁子磁力搅拌10min；
(3)将引发剂与第二交联剂加入至步骤(2)所得的溶液中，然后磁力搅拌20min，取出磁子，常温静置溶液，制得葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶；
由此方法制得的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；
基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；
壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。
步骤(1)中壳聚糖的分子量为10万-40万，壳聚糖溶液的质量浓度为2％-5％；步骤(1)中若将壳聚糖溶于水中，则溶解后直接使用，若将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，溶解后进行磁力搅拌。
步骤(2)中丙烯酰胺基硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％；
酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；加速剂选用四甲基二胺。
步骤(3)中引发剂的质量为三种单体质量和的0.03％-3％，引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷；取出磁子后，常温静置溶液24小时。
一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶在检测葡萄糖含量与胰岛素释放系统中的应用。
相对于现有技术，本发明有以下有益效果：
本发明公开了一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶及其制备方法。所述水凝胶包括两种相互穿插的网络，一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸AAPBA的聚合物网络，另一种是壳聚糖CS交联网络。所述水凝胶可降低PBA的pKa，在生理pH下对葡萄糖有很好的响应强度和响应速率。将添加CS交联网络制得的水凝胶与未添加CS交联网络的凝胶进行最大溶胀度与达到最大溶胀度时间测定，结果发现添加CS交联网络的水凝胶最大溶胀度可达到9.6％，达到最大溶胀度的时间为260min左右；而未添加CS交联网络的凝胶最大溶胀度为3％，达到最大溶胀度的时间为360min左右，因此添加CS交联网络制得的水凝胶溶胀时间缩短，溶胀度提高，且互穿网络结构提高了水凝胶的机械强度。
进一步的，本发明制备葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法采用同时聚合互穿网络方法，制备方法简单，反应条件温和，适于工业化生产，且该方法可以通过改变制备过程中单体之间的比例与CS的浓度改变凝胶对葡萄糖的响应程度。
进一步的，将本发明水凝胶应用在葡萄糖检测以及自我调节的胰岛素释放系统中，可提高水凝胶葡萄糖浓度的响应强度和响应速率，使得自我调节的胰岛素释放体系快速给出响应，释放负载的胰岛素，减少血液中的血糖。
【附图说明】
图1为基于AAPBA的聚合物合成图(注：图中R1-R4可以是H,CH3，CH2CH3；X可以是O或N)；
图2为CS和戊二醛醛基(GA)的交联反应；
图3为基于AAPBA聚合物与CS交联网络互穿网络示意图；
图4为全互穿网络水凝胶对葡萄糖响应的示意图；
图5为P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-GA的FTIR谱图；
图6为P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA的FTIR谱图；
图7为不同CS含量的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA凝胶在pH＝7.3，(20mmol/l)的溶胀曲线；
图8含CS(2％)的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA水凝胶在pH＝7.3的不同葡萄糖溶液中的溶胀曲线；
图9含CS(3％)的P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA水凝胶在pH＝7.3的不同葡萄糖溶液中的溶胀曲线。
【具体实施方式】
本发明涉及一种生理条件下对葡萄糖敏感的水凝胶，以及一种反应条件温和、合成路线简便的温敏水凝胶制备方法。通过基于丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)的聚合物与壳聚糖(CS)各自形成的网络互穿合成了基于PBA的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶。AAPBA、酰胺类及第三单体在含有第一交联剂、加速剂与引发剂的CS溶液中进行自由基聚合，同时CS在第二交联剂作用下交联，制备出生理条件下对葡萄糖浓度响应型的水凝胶。
其中酰胺类可以是丙烯酰胺(AM)或甲基丙烯酰胺(MAm)；第三单体可以是二甲基丙烯酰胺(DMAA)、甲基丙烯酸二甲基乙酯(DMAEMA)或N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)；第一交联剂为双烯类交联剂，如N’N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、双酚A二烯丙基醚(BBE)和二乙烯基苯(DVB)等；所述加速剂为四甲基乙二胺(TEMED)；所述引发剂可以为过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁腈(AIBN)；所述第二交联剂可以为戊二醛(GA)、三聚磷酸钠(STPP)、六偏磷酸钠(SHMP)、β-甘油磷酸钠(GP)或环氧氯丙烷(ECH)。
图1为单体AAPBA、单体AM及单体DMAA的反应原理图，该反应还需在溶液中加入第一交联剂、加速剂TEMED与引发剂APS。三种单体在引发剂的作用下发生聚合，形成基于AAPBA的聚合物网络。
图2为CS在第二交联剂GA作用下发生的交联反应，形成CS交联聚合物。
如图3所示，基于AAPBA的聚合物与CS交联聚合物各自发生聚合或交联反应，与此同时形成同步互穿网络，即为本发明的基于PBA的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶。
图4为本发明的互穿网络水凝胶在葡萄糖溶液中与葡萄糖的响应示意图。
本发明提供的互穿网络水凝胶的制备方法如下：
(1)称取0.2-0.5g的CS溶于10ml的水或乙酸溶液中，形成2％-5％的CS溶液。如用水溶解，则将CS直接溶解于水中；如用乙酸溶液溶解，则将CS溶解于乙酸后磁力搅拌均匀。其中，CS的分子量为10万-40万。
(2)用移液管移取1ml或2ml的2-5％的CS溶液，加入单体AAPBA、酰胺类、第三单体、第一交联剂及加速剂TEMED，磁力搅拌10min至溶解均匀；其中，AAPBA、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)，交联剂为三种单体质量和的0.1％-1％。
(3)在步骤(2)所得的溶液中加入引发剂与第二交联剂后继续搅拌20min，取出磁子，常温静置24小时进行交联反应，形成基于PBA的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其中引发剂的用量为三种单体质量和的0.03％-3％。
对上述制备得到的水凝胶进行性能的检测，步骤如下所示：
(1)将制备得到的水凝胶切成块，置于恒温蒸馏水中浸泡，去除未反应的单体，每隔6h换一次蒸馏水，48h后将样品冷冻干燥用于后续性能的测试。
(2)将小块干样置于pH＝7.3的磷酸缓冲溶液(PBS)中达到平衡；然后置于pH＝7.3，20mmol/L的葡萄糖磷酸缓冲液中，每30min称量一次水凝胶重量，重复此过程至水凝胶恒重，测定水凝胶的溶胀度。水凝胶溶胀度SD的计算公式如下:
SD＝(Wt一Wd)/Wd
式中，Wd表示PBS中平衡的凝胶的重量，Wt表示在t时刻将凝胶从葡萄糖溶液中取出，吸干表面水分后称量的重量。
实施例1中括号内数据的含义详细标出，其余实施例中各个物质括号内表示含义与实施例1相同。
实施例1:P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为30万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(摩尔百分数：6％)、AM：0.156g(摩尔百分数：26％)和DMAA：0.6ml(摩尔百分数68％)，交联剂MBA：4.14mg(三种单体质量和的0.5％)置于溶液中，用移液管移取及TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(三种单体质量和的2.4％)，GA溶液10ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置24h进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为270min，最大溶胀度为5.3％。
图5为P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的红外谱图。3216cm-1处为形成氢键缔合的-OH与-NH2的伸缩振动吸收峰重叠而增宽的多重吸收峰。1058cm-1处为C-N的伸缩振动吸收峰以及C-O骨架伸缩振动峰的叠加，因此此处峰形尖锐。2902cm-1处是C-H伸缩振动吸收特征峰。1610cm-1处的显著峰对应的是亚胺键C＝N的形成，也就是壳聚糖的氨基和戊二醛的醛基之间发生缩合反应形成schiff碱结构。结合CS-GA反应原理可知，交联之后主要是伯胺变仲胺。聚合物在1640-1680cm-1没有出现双键特征吸收峰，说明单体发生聚合，与CS互穿成功。
实施例2:P(AAPBA-DMAA)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为30万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(5％)和DMAA：1.0ml(95％)，交联剂MBA：0.0106mg(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.2ml(40mg/ml)(0.75％)，GA溶液10ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为270min，最大溶胀度为5.8％。
实施例3:P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(20％)、AM：0.054g(30％)和DMAA：131ul(50％)，交联剂MBA：2.76mg(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.1ml(40mg/ml)(1.5％)，GA溶液15ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为5.9％。
实施例4：P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(5％)、AM：0.156g(22％)和DMAEMA：1.2ml(73％)，交联剂MBA：0.0156g(1％)，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(1.38％)，GA溶液10ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为9.6％。
图6为P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的红外谱图。聚合物在3284cm-1的吸收峰是-NH和-OH伸缩振动峰的重叠峰，1663cm-1处的吸收峰是酰胺C＝O的特征吸收峰；1427cm-1的吸收峰是酰胺-NH吸收峰，1151cm-1的吸收峰C-N的特征吸收峰；980cm-1附近处的弱峰是CS上-OH的吸收峰,以上分析表明生成了P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA水凝胶。
实施例5：P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.3g的CS溶于10ml水中，配成3％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(5％)、AM：0.156g(22％)和DMAEMA：1.2ml(73％)，交联剂MBA：0.0156g(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(1.38％)，GA溶液15ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为265min，最大溶胀度为7.2％。
实施例6：P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.4g的CS溶于10ml水中，配成4％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(5％)、AM：0.156g(22％)和DMAEMA：1.2ml(73％)，交联剂MBA：0.0156g(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(1.38％)，GA溶液15ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为268min，最大溶胀度为7.0％。
实施例7：P(AAPBA-DMAEMA-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.5g的CS溶于10ml水中，配成5％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(5％)、AM：0.156g(22％)和DMAEMA：1.2ml(73％)，交联剂MBA：0.0156g(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(1.38％)，GA溶液15ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为270min，最大溶胀度为5.3％。
实施例8：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为35万，0.4g的CS溶于10ml水中，配成4％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，和BBE：2.33ul(1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液180ul(40mg/ml)(3％)，GA溶液20ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为8.2％。
实施例9：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为35万，0.5g的CS溶于10ml水中，配成5％的CS溶液。
(2)移取2mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(10％)、AM：18mg(15％)和NIPAM：0.144g(75％)，交联剂DVB：2.11ul(1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液145.5ul(40mg/ml)(3％)，GA溶液40ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为8.7％。
实施例10：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为10万，0.4g的CS溶于10ml水中，配成4％的CS溶液。
(2)移取2mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，交联剂MBA：2.4mg(1％),置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液180ul(40mg/ml)(3％)，GA溶液40ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为270min，最大溶胀度为7.3％。
实施例11：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-STPP全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为20万，0.4g的CS溶于10ml，1％的乙酸溶液中，磁力搅拌均匀，配成4％的CS溶液。
(2)移取2mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，交联剂MBA：2.4mg(1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液180ul(40mg/ml)(3％)，4％的STPP溶液1ml，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为265min，最大溶胀度为6.9％。
实施例12：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-ECH全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为20万，0.4g的CS溶于10ml，1％的乙酸溶液中，磁力搅拌均匀，配成4％的CS溶液。
(2)移取2mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，交联剂MBA：0.24mg(0.1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液180ul(40mg/ml)(3％)及4％的环氧氯丙烷ECH溶液2ml，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为7.4％。
实施例13：P(AAPBA-DMAA-MAm)/CS-GA全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为30万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(6％)、MAm：0.156g(22％)和DMAA：0.6ml(72％)，交联剂MBA：0.0083g(1％)置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的KPS溶液6ul(40mg/ml)(0.03％)，GA溶液10ul，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置24h进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为270min，最大溶胀度为5.4％。
实施例14：P(AAPBA-DMAA-AM)/CS-SHMP全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为40万，0.2g的CS溶于10ml水中，配成2％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.096g(20％)、AM：0.054g(30％)和DMAA：131ul(50％)，交联剂MBA：2.76mg(1％)，置于溶液中，用移液管移取及TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的过硫酸钠溶液0.2ml(40mg/ml)(3％)，SHMP溶液1ml，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为265min，最大溶胀度为6.0％。
实施例15：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-GP全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为35万，0.4g的CS溶于10ml水中，配成4％的CS溶液。
(2)移取1mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，MBA：2.4mg(1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的BPO溶液180ul(40mg/ml)(3％)，GP溶液1ml，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为260min，最大溶胀度为8.2％。
实施例16：P(AAPBA-NIPAM-AM)/CS-STPP全互穿网络水凝胶的制备
(1)称取分子量为20万，0.4g的CS溶于10ml，1％的乙酸溶液中，磁力搅拌均匀，配成4％的CS溶液。
(2)移取2mlCS溶液，准确称取AAPBA：0.032g(8％)、AM：8.3mg(6％)和NIPAM：0.2g(86％)，交联剂MBA：2.4mg(1％)，置于溶液中，用移液管移取TEMED：10ul，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的AIBN溶液180ul(40mg/ml)(3％)，4％的STPP溶液1ml，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(3)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(4)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖磷酸缓冲液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为265min，最大溶胀度为6.9％。
对比实施例17：P(AAPBA-DMAEMA-AM)水凝胶的制备
(1)移取1ml去离子水，准确称取AAPBA：0.096g(5％)，AM：0.156g(22％)，MBA：0.0156g(1％)，置于溶液中，用移液管移取DMAEMA：1.2ml(73％)TEMED：10ul至溶液中，磁力搅拌10min至溶液均匀，同时加入新鲜配制的APS溶液0.5ml(40mg/ml)(1.38％)，继续搅拌20min，取出磁子，常温静置进行交联反应。
(2)将制得的水凝胶分成小块，置于蒸馏水中，去除单体，每隔6h换一次水，48h后，样品冷冻干燥用于后续相关性能的测试。
(3)将一小块干样置于PBS缓冲溶液(pH＝7.3)中达到平衡，然后置于葡萄糖溶液(pH＝7.3，20mmol/l)中，达到平衡的溶胀时间为360min，最大溶胀度为3.0％。
实施例18：溶胀度对比试验
将实施例4、5、6、7、17基于AAPBA含单体DMAEMA系列不同CS含量的水凝胶片，在生理pH缓冲溶液中浸泡达到平衡，分别浸入浓度20mM，pH＝7.3的葡萄糖溶液中，每30min称量一次水凝胶重量并记录，重复此过程至水凝胶恒重，根据溶胀度公式计算水凝胶的溶胀度。
结果如附图7所示，实施例4、5、6、7为在含有CS的溶液中制得的凝胶，实施例17为在未添加CS的溶液中制得的普通凝胶，在生理pH(20mM)下，在CS溶液中制得的凝胶达到最大溶胀度的时间在260min左右，未添加CS的溶液中制得的普通凝胶达到最大溶胀度的时间在330min左右，因此缩短了响应时间。未添加CS的普通凝胶生理pH下最大溶胀度只有3％左右，添加CS后制得的凝胶SD明显增大，达到9.6％。说明凝胶网络中CS的氨基与苯硼酸基团结合形成苯硼酸盐，带负电荷的苯硼酸盐基团易与葡萄糖成键，增加了水凝胶的葡萄糖敏感性。
实施例19：不同浓度CS中制得的水凝胶在葡萄糖溶液中的性能测试
将实施例4，5的水凝胶片在生理pH缓冲溶液中浸泡达到平衡，分别浸入不同浓度的葡萄糖溶液(pH＝7.3)中，每30min称量一次水凝胶重量并记录，重复此过程至水凝胶恒重，根据溶胀度公式计算水凝胶的溶胀度(附图8，9)。由图8可以看出，CS(2％)的水凝胶达到最大溶胀度的时间在260min左右，由图9可以看出，CS(3％)的水凝胶达到最大溶胀度的时间在300min左右。结合图8与图9可以看出，随着CS含量的增加，达到最大溶胀度的时间增加，原因是随着CS含量得增加，双互穿网络交联紧密，不利于水凝胶的溶胀。
结论
结合加入CS后得到的水凝胶性能测试、未加入CS直接得到的水凝胶性能测试及不同的CS含量中制得的水凝胶在葡萄糖溶液中溶胀度测定试验，得到以下结论：
(1)在CS溶液中制得的凝胶达到最大溶胀度的时间显著小于未添加CS的溶液中制得的普通凝胶达到最大溶胀度的时间，即缩短了响应时间。添加CS后制得的凝胶SD值明显大于未添加CS的普通凝胶SD值。
(2)随着CS含量的增加，达到最大溶胀度的时间增加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；
基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；
壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。
2.根据权利要求1所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％。
3.根据权利要求1所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，其特征在于，第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷。
4.一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取壳聚糖粉末溶于水或乙酸溶液中，形成壳聚糖溶液；
(2)将丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类、第三单体、第一交联剂与加速剂加入至壳聚糖溶液中，然后加入磁子磁力搅拌10min；
(3)将引发剂与第二交联剂加入至步骤(2)所得的溶液中，然后磁力搅拌20min，取出磁子，常温静置溶液，制得葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶；
由此方法制得的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶，包括两种相互穿插的网络；一种是基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络，另一种是壳聚糖交联网络；
基于丙烯酰胺基苯硼酸的聚合物网络由三种单体在第一交联剂的作用下聚合而成；三种单体分别是：丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体，丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；
壳聚糖在第二交联剂的作用下形成壳聚糖交联网络。
5.根据权利要求4所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中壳聚糖的分子量为10万-40万，壳聚糖溶液的质量浓度为2％-5％；步骤(1)中若将壳聚糖溶于水中，则溶解后直接使用，若将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，溶解后进行磁力搅拌。
6.根据权利要求4所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中丙烯酰胺基苯硼酸、酰胺类及第三单体的摩尔百分数比为(5-20)：(0-30)：(50-95)；第一交联剂的质量为三种单体质量和的0.1％-1％；
酰胺类选用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；第三单体选用二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或N-异丙基丙烯酰胺；第一交联剂选用双烯类交联剂；加速剂选用四甲基二胺。
7.根据权利要求4所述的一种葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中引发剂的质量为三种单体质量和的0.03％-3％，引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；第二交联剂选用戊二醛、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、β-甘油磷酸钠或环氧氯丙烷；取出磁子后，常温静置溶液24小时。
8.一种权利要求1所述的葡萄糖敏感型全互穿网络水凝胶在检测葡萄糖含量与胰岛素释放系统中的应用。
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