CN102127234A

CN102127234A - 一种膨胀型水凝胶的制备方法

Info

Publication number: CN102127234A
Application number: CN2010106005496A
Authority: CN
Inventors: 周涓; 马晓晔; 朱君; 魏锐利
Original assignee: Shanghai Changzheng Hospital; Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Changzheng Hospital; Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明涉及一种膨胀型水凝胶的制备方法，将一定体积的天然高分子水溶液或者固体，以及碱溶液和一定量的经减压蒸馏后的丙烯酸类单体水溶液，持续通入氮气，然后加入N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和过硫酸钾，将混合液体搅拌均匀后注入到模具中，静置脱泡，将装有混合液体的模具置于一定温度引发聚合一段时间后即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗，再经恒温干燥即可得到膨胀型凝胶材料，其在水中体积膨胀率为100％-300％，在生理盐水中体积膨胀率为20％-50％，在磷酸盐缓冲液中体积膨胀率为20％-50％。本发明采用水体系，工艺简单、避免了合成过程中有机溶剂的引入，降低了材料的毒性。

Description

一种膨胀型水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水凝胶的制备方法，特别是涉及一种膨胀型水凝胶的制备方法。

背景技术

利用组织工程的原理对缺损或失去功能的组织、器官进行修复和重建是当今组织修复重建研究中的热点。组织工程支架，作为组织工程中的最关键的要素，其研究开发受到研究者们的广泛关注。水凝胶是由亲水性聚合物通过化学键或物理作用力形成的交联网络，不溶于水但能吸收大量的水而溶胀，具有三维网络结构，柔软且富有弹性，非常适用于各种软组织的修复重建。此外，水凝胶可以在其网络结构中包裹药物实现对药物的控释作用。作为组织工程支架而言，材料具有一定的膨胀性会刺激周围组织的生长发育，而且能使手术过程带来的创伤更小。因此，构建可膨胀型的水凝胶材料作为组织工程支架将具有潜在的应用前景。

明胶是胶原蛋白水解产物，含有除色氨酸外几乎全部的人体必需氨基酸，其中甘氨酸占1/3以上，且明胶无毒、无免疫排斥及局部炎症反应，能提高细胞的活性并促进细胞增殖，还可以用于药物载体，是一种很好的组织工程支架材料，但其形成的膜材或者凝胶材料均存在强度低的缺点。此外，明胶具有可降解性，作为药物载体可实现对药物的缓释，因此所得凝胶材料可用于组织工程支架、药物缓释材料。聚合丙烯酸类材料由于其特殊的网状结构，是一种高吸水树脂，广泛用于高吸水性材料。丙烯酸具有水溶性，聚合时采用水溶液聚合，有利于加入明胶或者药物等水溶性活性分子，聚合后形成天然高分子与合成高分子组成的互穿网络结构。与明胶相似的可用材料还有果胶，壳聚糖，透明质酸等。所得凝胶材料不仅具有好的膨胀效果，而且具有良好的生物相容性，利于其在生物材料中的应用。

目前，文献公开了一种由丙烯酸聚合物与明胶组成的复合材料及其制备方法，是将复合材料的乳液在高能射线辐照下交联，且应用于感光材料。文献公开了一种互穿网络聚合物超多孔水凝胶及其制备方法和应用，由不饱和烯单体和多烯交联剂聚合形成的交联聚合物，以及线性多糖类聚合物和交联剂聚合形成的交联多糖类聚合物组成，最后形成全互穿网络结构，用于蛋白质多肽口服给药系统。基于用途不一，这两种发明与本发明具有实质的区别，本发明所制备的水凝胶完全通过在水溶液聚合得到，且工艺简单。

发明内容

本发明采用在丙烯酸聚合过程中加入明胶等水溶性生物相容性分子对其进行改性，由于丙烯酸聚合是采用水溶液聚合，便于掺入水溶性活性分子，从而改善单纯使用丙烯酸聚合物的生物相容性，此外，将所得干凝胶浸泡于药物水溶液中，由于凝胶强烈的吸水性能，可实现对药物的包裹。本发明的目的是为了制备一种新型的组织工程支架材料，将其应用于各种组织的修复，如软骨，血管，皮肤，神经，以及义眼台植入物等。

本发明提供一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于：天然高分子水溶液或者固体，与碱溶液和经减压蒸馏后的丙烯酸类单体水溶液，持续通入氮气，然后加入与丙烯酸类单体质量比为0.01％-3％的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和过硫酸钾，将混合液体搅拌均匀后注入到模具中，静置脱泡30分钟后，将装有混合液体的模具置引发聚合得到胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃恒温干燥即可得到膨胀型凝胶材料，其在水中体积膨胀率为100％-300％，在生理盐水中体积膨胀率为20％-50％，在pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中体积膨胀率为20％-50％。

所述的天然高分子为明胶、或果胶、或壳聚糖，天然高分子与单体质量比为0-50％。

所述的丙烯酸类单体为丙烯酸、或甲基丙烯酸，聚合时采用的单体质量分数为10％-40％。

所述的碱溶液与丙烯酸类单体的摩尔比为6-9∶10。

所述的装有混合液体的模具置于温度范围为60-80℃引发聚合，时间为12-72小时。

本发明的体积膨胀率测定方法如下：

水凝胶在水或盐水或PBS中的体积膨胀率测定：将脱模后的柱状凝胶浸泡于蒸馏水中吸水溶胀3天，每12小时换一次蒸馏水，然后经60℃下加热干燥至恒重时取出，标记为干凝胶，记录其直径为D1，将其浸泡在蒸馏水或者生理盐水或PBS中吸水溶胀至平衡状态，记录其直径为D2，按照如下公式：体积膨胀率＝(D2/D1)³，计算得到材料在水或者生理盐水或PBS中的体积膨胀率。

本发明的优点是：结合了丙烯酸采用水溶液聚合及明胶等物质具有水溶性特点的优势，直接在水溶液中成功引入了生物相容性好的明胶等活性分子，制备出力学强度及膨胀率可控的天然材料与合成材料复合的水凝胶，可应用于组织工程支架材料及其他需要实施微创的医用植入材料。本发明采用水体系，工艺简单、易于操作，避免了合成过程中有机溶剂的引入，降低了材料的毒性。本发明所得到的水凝胶材料在成型过程中可通过改变模具的形状，制备成各种形状，包括各种尺寸的膜状，管状，棒状，球状，锥状，线状等。

从左至右依次为水凝胶干态时，以及在0.9％NaCl，PBS，H₂O中浸泡72小时后的宏观形貌。

具体实施方式

实施例1：

称取0.812克的氢氧化钠于三口烧瓶中，加入1.75毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入3.15毫升质量分数为10％的明胶水溶液，然后加入0.68毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.39毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后，将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于65℃下12小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为265％，在生理盐水中体积膨胀率为33％，在PBS缓冲液中体积膨胀率为40％。

实施例2：

称取0.812克的氢氧化钠于三口烧瓶中，加入4.9毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入0.105克明胶，然后加入0.68毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.39毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后，将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于65℃下72小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为298％，在生理盐水中体积膨胀率为41％，在PBS缓冲液中体积膨胀率为41％。

实施例3：

称取0.812克的氢氧化钠于三口烧瓶中，加入1.75毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入4.2毫升质量分数为10％的明胶水溶液，然后加入0.68毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.39毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后，将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于75℃下24小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为188％，在生理盐水中体积膨胀率为30％，在PBS缓冲液中体积膨胀率为37％。

实施例4：

向三口烧瓶中加入4.9毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入0.04克壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解并成为均一的溶液后，再加入0.812克的氢氧化钠，搅拌均匀后加入0.68毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.39毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于75℃下24小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为165％，在生理盐水中体积膨胀率为30％，在PBS 缓冲液中体积膨胀率为33％。

实施例5：

向三口烧瓶中加入8.4毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入0.08克壳聚糖，搅拌至壳聚糖溶解并成为均一的溶液后，再加入0.812克的氢氧化钠，搅拌均匀后加入0.68毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.39毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于65℃下24小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为150％，在生理盐水中体积膨胀率为28％，在PBS缓冲液中体积膨胀率为30％。

实施例6：

称取1.218克的氢氧化钠于三口烧瓶中，加入4毫升水，再加入3毫升甲基丙烯酸，持续通入氮气搅拌均匀后，再加入3.15毫升质量分数为10％的明胶水溶液，然后加入1.2毫升的0.1mol/L的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和0.6毫升的0.1mol/L过硫酸钾，搅拌均匀后，将混合液体注入到柱形模具中，静置脱泡30分钟后，将模具置于65℃下12小时，即得胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃加热干燥即可得到膨胀型凝胶材料，材料在水中体积膨胀率为120％，在生理盐水中体积膨胀率为22％，在PBS缓冲液中体积膨胀率为25％。

Claims

1.一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于：天然高分子水溶液或者固体，与碱溶液和经减压蒸馏后的丙烯酸类单体水溶液，持续通入氮气，然后加入与丙烯酸类单体质量比为0.01％-3％的N，N-亚甲基-双丙烯酰胺和过硫酸钾，将混合液体搅拌均匀后注入到模具中，静置脱泡30分钟后，将装有混合液体的模具置引发聚合得到胶状物，脱模后胶状物经吸水溶胀清洗3天，再经60℃恒温干燥即可得到膨胀型凝胶材料，其在水中体积膨胀率为100％-300％，在生理盐水中体积膨胀率为20％-50％，在pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中体积膨胀率为20％-50％。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的天然高分子为明胶、或果胶、或壳聚糖，天然高分子与单体质量比为0-50％

3.根据权利要求1所述的一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的丙烯酸类单体为丙烯酸、或甲基丙烯酸，聚合时采用的单体质量分数为10％-40％。

4.根据权利要求1所述的一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液与丙烯酸类单体的摩尔比为6-9∶10。

5.根据权利要求1所述的一种膨胀型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的装有混合液体的模具置于温度范围为60-80℃引发聚合，时间为12-72小时。