一种应用低场核磁共振技术测定凝胶化时间的方法

摘要

本发明公开了一种利用低场核磁共振技术测定凝胶化时间的方法，包括以下步骤:采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列测定在特定温度下加热不同时间的水凝胶的核磁共振衰减曲线，并采用多指数方程进行拟合，获得T

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种应用低场核磁共振弛豫技术测 定温敏水凝胶凝胶化时间的方法。

背景技术

温度敏感型水凝胶具有能够在环境温度刺激下发生溶液-凝胶转换的特性，这种 环境响应性使其在生物医药，生物技术等领域具有很好的应用前景，尤其适合作为可 注射的原位水凝胶药物释放载体。温敏水凝胶的凝胶化温度和胶凝时间是决定其能 否成为合适的体温敏感型水凝胶的关键性因素，因此温敏水凝胶凝胶化特性的表征 对于其应用十分重要。

温敏水凝胶体系在室温下粘度较低，能够保持较好的流动状态，当环境温度上升 到体温时，聚合物链之间的疏水作用增强，溶液的粘度剧烈增加，聚合物链的聚集使 整个体系固化成为凝胶。这种温敏型体系已被广泛用于多种蛋白、多肽和小分子药物 的控制释放，并且表现出了较好的持续释放效果。常用来表征温敏水凝胶凝胶化时间 的方法有反转试管法，差示扫描量热法(DSC)和流变学方法。但这些方法都存在一 些缺点，如反转试管法的结果容易受主观影响，DSC法不适用于凝胶化过程中热效 应较弱的凝胶，而流变法中由粘性模量和弹性模量相等而得到的胶凝点可能是频率 依赖性的，会出现一些错误。

水凝胶中含有大量的水分，并且在由溶液向凝胶转变的过程中，溶液粘度的变 化、聚合物链的聚集和凝胶三维网络的行成都涉及到体系中水分子活动性的变化，因 此可以通过水分子活动性的变化来对凝胶化过程进行表征。低场核磁共振法由于工 作频率低，不能区分不同质子的化学位移，但是可以通过弛豫时间来反映样本的特 征，可以通过水分子的活动来揭示内部的变化。所以，可以将低场核磁共振技术引入 温敏水凝胶凝胶化过程的表征，建立一种新的表征方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的应用低场核磁共振技术测定温敏水凝胶凝胶化 时间的方法。

本发明提出的应用低场核磁共振技术测定温敏水凝胶凝胶化时间的方法，具体 步骤如下：

1)对水凝胶体系在不同温度下的凝胶化过程进行低场核磁测定，得到不同时间 点水凝胶的横向弛豫时间T₂的曲线；

2)计算T₂曲线的峰的加权平均值，得到T₂值随时间变化的曲线；

3)然后选用双线性回归模型对此曲线进行拟合，确定胶凝点和胶凝时间。

优选的，所述水凝胶体系为温敏水凝胶体系。

优选的，所述步骤1)中凝胶化时间小于20min的水凝胶，凝胶化阶段，取样的 时间间隔在2-3min，胶凝后测定的时间间隔为10-20min；凝胶化时间为大于20min 的水凝胶，凝胶化阶段，取样的时间间隔在5-10min，胶凝后测定的时间间隔为10- 20min。

优选的，步骤1)使用MultiExp Inv Analysis软件对衰减曲线进行反演，从而得 到T₂的分布曲线。

本发明中，步骤(2)中会在T₂分布曲线上观察到两个峰，分别代表与聚合物链 紧密结合的水(10ms附近，T_2b)和被束缚在聚合物网络中的水(100-1000ms之间,T₂₁)， 其中T_2b的峰面积很小，且随凝胶化过程的进行没有明显变化，而T₂₁在凝胶化过程 中有规律性的变化，所以主要对T₂₁进行研究。

优选的，所述判断聚合物网络内水对应的T₂₁峰为T₂分布曲线中100ms-1000ms 之间的峰。

优选的，步骤2)中通过计算每个时间点T₂₁峰的加权平均值来绘制T₂₁值随时 间变化的曲线，T₂₁加权平均值的计算公式为T₂₁＝Σ(x_i*A_i/A_t)，其中x_i和A_i分别为T₂₁中每个点的横纵坐标，A_t为曲线中各个点的纵坐标的总和，所述曲线为L形的曲线， 该曲线包括一个拐点，该拐点两端均近似于直线。

本发明中，步骤(3)中胶凝点和胶凝时间的判断方法为：对T₂₁随时间变化的 “L”型曲线进行拟合，在一定时间范围为选取固定数量的时间点，分别对近似直线的 两段进行线性拟合，拟合得到的两条直线有一个交点，这个交点就是胶凝点，其对应 的横坐标就是胶凝时间。

相对于传统的方法，本发明所述的方法具有快速准确、非侵入无损害的优势。传 统的流变学方法需要对凝胶施加旋转剪切，可能会破坏水凝胶的结构和性质，尤其是 一些机械强度较弱的水凝胶。而传统的倒转试管法无法表征凝胶化的完整过程，只能 根据体系流动性判断。本发明所述的方法中，T₂弛豫时间对凝胶化过程中水分子运 动型的变化非常敏感，通过简单快速的测量就可以得到表征凝胶化过程的完整曲线， 胶凝点的判断简明快捷，重复性和稳定性都较好。更重要的是，此方法不会对整个体 系产生任何影响，测定结果更接近于水凝胶的真实状态。因此，低场核磁共振法比其 他方法具有更多的优势。

附图说明

图1为室温下测得的壳聚糖-甘油磷酸二钠温敏水凝胶(CS-GP)的T₂曲线。

图2为CS-GP在37℃下的T₂曲线随加热时间的变化。

图3为GP浓度为10％的CS-GP体系T₂₁的加权平均值随时间变化的曲线以及通过 对图2的曲线进行拟合得到的胶凝点。

图4为GP含量不同的壳聚糖水凝胶的T₂变化曲线。

图5为测得的GP含量不同的水凝胶的凝胶化时间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明

实施例：壳聚糖-甘油磷酸二钠(CS-GP)温敏水凝胶凝胶化时间的测定

实验材料：GP浓度为7％-11％的CS-GP体系。

实验仪器：NMI20-Analyst，磁场强度大于0.05T，共振频率为2MHz-3MHz,磁极 直径大于160mm,磁体温度控制在31.99-32.00℃。

(1)样品制备：在冰浴和搅拌的条件下，向用0.1M盐酸溶解的2％壳聚糖溶液 中缓慢滴加50％的GP，制备壳聚糖浓度1.6％。GP浓度为7％-11％的CS-GP温敏体 系，测定pH值后于4℃保存备用。

(2)样品在加热过程中T₂图谱的测定：取2mlCS-GP溶液于底面直径为10mm 的核磁管中，设置好仪器参数后先测定室温下CS-GP体系的T₂图谱(图1)，然后 将样品置于37℃水浴中加热，并在固定的时间点取出，测定核磁信号衰减曲线并进 行反演，得到T₂曲线。图2为含10％GP的CS-GP体系在37℃下T₂图谱随时间的 变化。随时间的延长，T₂₁逐渐左移。

(3)通过计算每个时间点T₂曲线中T₂₁峰的加权平均值，可以绘制T₂₁随时间 变化的曲线。对于每个样品，都在160min内取12个点作图，得到图2所示的曲线。

(4)如图3所示，应用双线性回归模型对图2的曲线进行拟合，即对曲线拐点 两端分别进行线性拟合，这两条直线有一个交点，这个交点就是胶凝点。胶凝点对 应的横坐标就是凝胶化时间。

(5)应用此方法，可以测定GP含量不同的CS-GP温敏体系的T₂变化曲线， 并可以得到对应的凝胶化时间。

表1：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。