CN100509923C - 一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶及其制备方法。该壳聚糖/聚乙烯醇凝胶为物理共混凝胶，构成凝胶的有效组分包括壳聚糖和聚乙烯醇，凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同。其制备方法是将壳聚糖完全溶解在盐酸溶液中后，于冰浴中放置；将碳酸氢钠溶液添加于聚乙烯醇溶液中，同样在冰浴中放置；然后在冰浴及不断搅拌条件下，将碳酸氢钠聚乙烯醇溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液，保持溶液无混浊，离心去除气泡后，于凝胶温度放置一段时间制得凝胶。这种温度敏感型凝胶，低温下为液态，人体温度下可形成凝胶，可作为注射植入材料，其制备方法工艺安全、简单有效、符合环保要求，适合于敏感类药物的运载，缓释效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶，适合于药物缓释、组织工程和细胞培养等领域。
背景技术
水凝胶具有亲水的三维聚合物网络结构，能够吸收大量的水分。聚合物链间的物理交联和化学交联作用能够使水凝胶保持一定的形状，不会溶解于水中。由于水凝胶具有良好的生物相容性，在生物医学领域获得了广泛的应用。目前有关水凝胶的研究主要集中于智能型水凝胶的开发和利用。智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶，外界刺激可以是温度、pH值、溶剂、盐浓度、光、化学物质等。根据对外界刺激的响应情况，智能型水凝胶分为：温度响应性水凝胶、pH-响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶等。由于智能型水凝胶的独特响应性，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景。但由于传统水凝胶存在一些缺点(例如机械性能比较差，响应速度慢等)，大大限制了水凝胶的应用；因此近年来围绕提高水凝胶的响应速度、机械强度等性能问题，展开了一系列广泛的研究工作。其中，原位形成凝胶体系是一个研究的热点，原位形成的凝胶体系具有多种生物用途，主要应用于药物缓释，细胞培养和组织工程。原位形成凝胶体系在注射前保持溶液状态，注射后可在人体温度下形成凝胶。溶剂、紫外辐射、离子交联剂、pH和温度等因素都能够导致原位凝胶的形成。以上形成方式不需要有机溶剂，共聚剂和引发剂等化学试剂，可降低水凝胶的生物毒性。其中，通过温度改变实行溶液一凝胶转变可原位凝固的温敏型材料，也是可注射植入材料的研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶及其制备方法，这种凝胶低温下保持液态，人体温度下可形成凝胶，符合可注射植入材料的要求。其制备方法工艺安全、简单有效、符合环保要求，并且在中性条件下制备形成的物理凝胶，可避免有机溶剂的副作用，适合于敏感类药物的运载，缓释效果好。
本发明提供的技术方案是：一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶，该凝胶为物理共混凝胶，构成凝胶的有效组分包括壳聚糖和聚乙烯醇，凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1:20～8:1之间，凝胶中壳聚糖的质量百分比含量为0.25％～2％，聚乙烯醇的质量百分比含量为0.25％～5％，凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同，壳聚糖含量越高，凝胶温度越低，聚乙烯醇含量越高，凝胶温度越高，且该凝胶采用如下步骤制备：将壳聚糖溶解在盐酸水溶液中得质量百分比浓度为0.5％～4％的壳聚糖盐酸溶液，溶解完全后，放置于冰浴中待用，将聚乙烯醇溶解在80～100℃的热水中，配制成质量百分比浓度为0.5～10％的溶液，将碳酸氢钠溶解在蒸馏水中得碳酸氢钠溶液，由将碳酸氢钠溶液加入聚乙烯醇溶液中得碳酸氢钠聚乙烯醇溶液，同样在冰浴中放置，然后在冰浴搅拌条件下，将碳酸氢钠聚乙烯醇溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液，保持混合后的溶液无混浊，碳酸氢钠的用量必须保证混合后最终得到的溶液PH值应在6.5～7.2之间，离心去除气泡后，使其达到凝胶温度，并于凝胶温度下放置一段时间即可制得凝胶，其中壳聚糖盐酸溶液和碳酸氢钠聚乙烯醇溶液均需在冰浴中放置至少15分钟。
本发明还提供了这种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶的制备方法，其步骤如下：将壳聚糖溶解在盐酸水溶液中得质量百分比浓度为0.5％～4％的壳聚糖盐酸溶液，溶解完全后，放置于冰浴中待用，将聚乙烯醇溶解在80～100℃的热水中，配制成质量百分比浓度为0.5～10％的溶液，将碳酸氢钠溶解在蒸馏水中得碳酸氢钠溶液，将碳酸氢钠溶液加入聚乙烯醇溶液中得碳酸氢钠聚乙烯醇溶液，同样在冰浴中放置，然后在冰浴搅拌条件下，将碳酸氢钠聚乙烯醇溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液，保持混合后的溶液无混浊，碳酸氢钠的用量必须保证混合后最终得到的溶液PH值应在6.5～7.2之间，离心去除气泡后，使其达到凝胶温度，并于凝胶温度下放置一段时间即可制得凝胶。
凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同，壳聚糖含量越高，凝胶温度越低，聚乙烯醇含量越高，凝胶温度越高，凝胶温度点可由流变测定仪获得。当凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1:1时，凝胶温度为21±0.5℃；凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1:2.5时，凝胶温度为26±0.5℃；凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1:5时，凝胶温度为34±0.5℃。
而且，壳聚糖盐酸溶液和碳酸氢钠聚乙烯醇溶液均需在冰浴中放置至少15分钟。
壳聚糖具有很好的生物相容性和生物可降解性，大分子链上含有氨基和羟基，是一种天然阳离子多糖，具有独特的pH值和温度双重响应，是一种用途非常广的生物材料。聚乙烯醇生物相容性好，价廉易得，具有良好的机械强度等一系列优点，可应用于生物医药领域的药物缓释和关节修复等方向。本发明首次采用壳聚糖与聚乙烯醇共混制备出温度敏感型物理凝胶，该凝胶具有温度敏感性，可在人体温度下形成凝胶，适合关节腔内注射用于修复关节软骨。且这种凝胶制备条件温和，工艺安全、简单有效，可避免有机化学试剂及其它有害的物质，符合环保要求，适合于敏感大分子如蛋白质类药物的运载。同时，凝胶也可作为可注射型医用材料，用于关节软骨的修复和作为组织工程支架材料，用于细胞的培养，还可作为药物载体，用于敏感类药物的缓释，在生物医学领域有着广泛的应用前景。又由于凝胶具有致密的孔洞结构，较高的机械强度，因此也有望用于组织工程中作为支架材料。
具体实施方式
实施例1：将200mg壳聚糖溶解在10ml0.1mol/l的盐酸溶液中，溶解完全后，于冰浴中搅拌15min；将200mg聚乙烯醇溶解在80℃的热水中，配制成2％(W/W)溶液；将碳酸氢钠溶解在1ml的蒸馏水中得1mol/l的碳酸氢钠溶液，加入聚乙烯醇溶液中，同样在冰浴中放置15min；然后在不断搅拌下，将聚乙烯醇碳酸氢钠溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液中，保持溶液无混浊，搅拌10min。溶液离心3min去除气泡。最后，将溶液在21℃放置30min制得凝胶。凝胶温度点可由流变测定仪获得。凝胶形成时，倒置后无液体流动。
实施例2：将200mg壳聚糖溶解在10ml0.1mol/l的盐酸溶液中，溶解完全后，于冰浴中搅拌25min；将500mg聚乙烯醇溶解在90℃的热水中，配制成5％(W/W)溶液；将碳酸氢钠溶解在1ml的蒸馏水中得1mol/l的碳酸氢钠溶液，加入聚乙烯醇溶液中，同样在冰浴中放置25min；然后在冰浴不断搅拌条件下，将聚乙烯醇碳酸氢钠溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液中，保持溶液无混浊，搅拌10min。溶液离心3min去除气泡。最后，将溶液在26℃放置30min制得凝胶。
实施例3：将200mg壳聚糖溶解在10ml0.2mol/l盐酸溶液中，溶解完全后，于冰浴中搅拌15min；将1000mg聚乙烯醇溶解在85℃的热水中，配制成10％(W/W)溶液；将碳酸氢钠溶解在1ml的蒸馏水中得1mol/l的碳酸氢钠溶液，加入聚乙烯醇溶液中，同样在冰浴中放置15min；然后在不断搅拌下，将聚乙烯醇碳酸氢钠溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液中，保持溶液无混浊，搅拌10min。溶液离心3min去除气泡。最后，将溶液在34℃放置30min制得凝胶。
实施例4：将200mg壳聚糖溶解在10ml0.1mol/l的盐酸溶液中，溶解完全后，于冰浴中搅拌20min；将聚乙烯醇溶解在100℃的热水中，配制成2％(W/W)溶液；将碳酸氢钠和牛血清白蛋白溶解在1ml的蒸馏水中得1mol/l的碳酸氢钠溶液，加入聚乙烯醇溶液中，同样在冰浴中放置20min；然后在冰浴不断搅拌下，将聚乙烯醇碳酸氢钠溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液中，保持溶液无混浊，搅拌10min。溶液离心3min去除气泡。最后，将溶液在37℃放置30min制得凝胶。凝胶在pH7.4的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中两天累积缓释达80％以上。
由实施例1、2、3、4可知，凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同，壳聚糖含量越高，凝胶温度越低，聚乙烯醇含量越高，凝胶温度越高。
Claims (4)
1、一种温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶，其特征在于：凝胶为物理共混凝胶，构成凝胶的有效组分包括壳聚糖和聚乙烯醇，凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1∶20～8∶1之间，凝胶中壳聚糖的质量百分比含量为0.25％～2％，聚乙烯醇的质量百分比含量为0.25％～5％，凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同，壳聚糖含量越高，凝胶温度越低，聚乙烯醇含量越高，凝胶温度越高；且该凝胶采用如下步骤制备：将壳聚糖溶解在盐酸水溶液中得质量百分比浓度为0.5％～4％的壳聚糖盐酸溶液，溶解完全后，放置于冰浴中待用，将聚乙烯醇溶解在80～100℃的热水中，配制成质量百分比浓度为0.5～10％的溶液，将碳酸氢钠溶解在蒸馏水中得碳酸氢钠溶液，由将碳酸氢钠溶液加入聚乙烯醇溶液中得碳酸氢钠聚乙烯醇溶液，同样在冰浴中放置，然后在冰浴搅拌条件下，将碳酸氢钠聚乙烯醇溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液，保持混合后的溶液无混浊，碳酸氢钠的用量必须保证混合后最终得到的溶液PH值应在6.5～7.2之间，离心去除气泡后，使其达到凝胶温度，并于凝胶温度下放置一段时间即可制得凝胶，其中壳聚糖盐酸溶液和碳酸氢钠聚乙烯醇溶液均需在冰浴中放置至少15分钟。
2、一种权利要求1所述的温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶的制备方法，其特征在于采用如下步骤：将壳聚糖溶解在盐酸水溶液中得质量百分比浓度为0.5％～4％的壳聚糖盐酸溶液，溶解完全后，放置于冰浴中待用，将聚乙烯醇溶解在80～100℃的热水中，配制成质量百分比浓度为0.5～10％的溶液，将碳酸氢钠溶解在蒸馏水中得碳酸氢钠溶液，由将碳酸氢钠溶液加入聚乙烯醇溶液中得碳酸氢钠聚乙烯醇溶液，同样在冰浴中放置，然后在冰浴搅拌条件下，将碳酸氢钠聚乙烯醇溶液缓慢滴入壳聚糖盐酸溶液，保持混合后的溶液无混浊，碳酸氢钠的用量必须保证混合后最终得到的溶液PH值应在6.5～7.2之间，离心去除气泡后，使其达到凝胶温度，并于凝胶温度下放置一段时间即可制得凝胶，其中壳聚糖盐酸溶液和碳酸氢钠聚乙烯醇溶液均需在冰浴中放置至少15分钟。
3、根据权利要求2所述温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶的制备方法，其特征在于：凝胶温度根据壳聚糖与聚乙烯醇间配比的不同而不同，壳聚糖含量越高，凝胶温度越低，聚乙烯醇含量越高，凝胶温度越高，凝胶温度点由流变测定仪获得。
4、根据权利要求3所述温度敏感型的壳聚糖/聚乙烯醇凝胶的制备方法，其特征在于：当凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1∶1时，凝胶温度为21±0.5℃；凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1∶2.5时，凝胶温度为26±0.5℃；凝胶中壳聚糖与聚乙烯醇质量比例为1∶5时，凝胶温度为34±0.5℃。
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