CN102325814A - 用于生物医学用途的生物可降解型水凝胶的制备 - Google Patents

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Abstract

制备得到可用于生物医学用途的基于生物可降解型葡聚糖的水凝胶，其可以在核黄素/L-精氨酸或核黄素/壳聚糖的存在下，用紫外和可见光辐照在水性介质中的不饱和基团取代的多糖，例如葡聚糖甲基丙烯酸酯，使得不饱和基团取代的多糖进行光交联的方法制得。

Description

用于生物医学用途的生物可降解型水凝胶的制备
相关专利申请的交叉引用
本申请要求申请于2009年1月14日的美国临时专利申请61/193,970的权益，其在此全文参考并入。
发明背景
基于多糖的生物可降解型水凝胶的制备为本领域所知。当用于人体时，优选使用基于葡聚糖的水凝胶，因为葡聚糖在体内能够降解为葡萄糖，葡萄糖是血液中的养分并且提供能量。
通常，将多糖转化为水凝胶的方法是，将含有不饱和基团的多糖如葡聚糖甲基丙烯酸酯，在水相介质中使用光辐照例如UV辐照，在光引发剂的存在下，使不饱和基团进行交联并导致多糖的聚合，从而转化得到水凝胶。常用的光引发剂中，有的能够形成两种自由基(定义为I型)，例如，安息香，有的能够在电子供体存在的条件下进行夺氢反应从而产生自由基(定义为II型)，最常用的光引发剂是米希勒酮，其包括氨基取代部分，并且不需要单独加入电子供体。传统的合成型光引发剂，例如安息香和米希勒酮，会产生有细胞毒性的水凝胶，因此被禁用于生物医学用途。
此外，UV辐照还存在损伤皮肤和眼睛的风险。
发明简述
本发明的目的是，提供可用于生物医学用途的基于葡聚糖的生物可降解型水凝胶，其不含有合成型光引发剂以及合成型电子供体，并且可以使用UV辐照来制备或者可以使用可见光辐照来制备。本发明的方法用于制备不含有合成型光引发剂的适用于生物医学用途的基于葡聚糖的生物可降解型水凝胶，包括的步骤有：在具有光引发效应剂量的核黄素以及具有电子供体效应剂量的精氨酸特别是L型精氨酸，或壳聚糖存在的条件下，对不饱和基团取代的多糖进行光辐照，以使得不饱和基团的多糖交联和聚合，并形成水凝胶。精氨酸的来源还可以是精氨酸取代的聚(酯-酰胺)，其在Biomaterials 29(2008)3269-3277上的″Biodegradablearginine-based poly(ester-amide)s as non-viral gene delivery regents″一文中有描述，并在此全文参考并入。
本申请中所使用的UV辐照是指光波长小于400nm并位于400nm至10nm之间的辐照，优选为350-390nm，例如，使用365nm长波UV灯(Model XX-15S，115V，60Hz，0.68Amp，序列号95-0042-05.CE，15W，UVP，Upland，加利福利亚州)发射出的紫外光。
本申请中所使用的可见光辐照是指波长在400-700nm之间的辐照，例如部分光谱或者全光谱灯发射的，例如荧光灯发射(17瓦，Ecolux，F1718-SP-35-ECO，加拿大)的辐照。
发明详述
所述多糖的平均分子量的范围优选为30,000至200,000克每摩尔，由GPC测定得到。所述多糖优选为葡聚糖，根据其产品信息以及GPC测定，其平均分子量的范围优选为64,000至76,000克每摩尔；但是，所述分子量可以是使其能够溶于溶剂或水的任何分子量。
其他可用的多糖包括，例如，直链淀粉，糖原，纤维素，甲壳素，菊糖，琼脂糖，木聚糖(zylans)，甘露聚糖以及半乳聚糖。
通过将多糖与亲核催化剂如三乙基胺，存在的条件下与甲基丙烯酸酐，丙烯酸酐，2-苯基丙烯酸酐，2-氯丙烯酸酐，2-溴丙烯酸酐，衣康酸酐，马来酸酐以及苯乙烯马来酸酐反应，得到不饱和基团。
不饱和基团取代的多糖优选为葡聚糖甲基丙烯酸酯。在本申请所描述的工作中，使用0.3摩尔浓度的甲基丙烯酸酐，获得了0.287的取代度。更高摩尔浓度的甲基丙烯酸酐可得到更高的取代度，而更低摩尔浓度的甲基丙烯酸酐会得到更低的取代度。在光引发剂存在的条件下进行光辐照时，高取代度能产生更多的交联以及强度更高的水凝胶，即在没有外力时不容易破损，而低取代度在光引发剂存在的条件下进行光辐照时产生的交联较少，并且水凝胶更容易破损。研究表明，取代度＞0.6的葡聚糖甲基丙烯酸酯不溶于水，从而不能用于制备水凝胶。据总结，0.287的取代度能够在前体的水溶性和水凝胶的抗破损性两方面获得很好的平衡。葡聚糖甲基丙烯酸酯的取代度范围可以是，例如，0.08至0.60。
可以在水相介质中，例如基于磷酸盐的缓冲水溶液介质(pH-7)中，进行光辐照以获得葡聚糖甲基丙烯酸酯的聚合和交联。
所使用的光引发剂为(-)核黄素，又称为维生素B2，例如，可通过市售获得，如可购于密苏里州圣路易斯市的Sigma-Aldrich公司。
如上文所述，核黄素的一种电子供体是精氨酸，优选的为L-精氨酸，其为天然精氨酸的L-型，天然精氨酸是20种最常见的天然氨基酸之一。精氨酸的来源也可以是精氨酸取代的聚(酯-酰胺)。电子供体还可以是壳聚糖。
当所用光辐照为UV辐照时，核黄素的具有光引发效应的剂量范围优选为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至2％，非常优选的为0.2-2％。核黄素低于葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数0.2％时，存在胶凝时间长的缺点。核黄素高于葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数2％时，存在不透明度升高的缺点，这会降低适当胶凝所需的对样品内部的光穿透性，并延长胶凝时间。但是，即使核黄素达到葡聚糖甲基丙烯酸重量百分比的20％时，仍能够获得水凝胶。
当所用光辐照为可见光辐照时，核黄素的具有光引发效应的剂量范围优选为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至2％，非常优选的为0.01-0.51％。核黄素低于葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数0.01％时，存在胶凝时间长的缺点。核黄素超过葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数0.51％时，存在不透明度升高的缺点，这会降低适当胶凝所需的对样品内部的光通透性，并延长胶凝时间。
当所用光辐照为UV辐照时，L-精氨酸的具有电子供体效应的剂量范围优选为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8至1.6％，例如，占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8至1.2％。L-精氨酸低于葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数0.8％时，存在易碎的缺点。L-精氨酸高于葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数1.2％时，例如占葡聚糖重量百分数的1.6％，胶凝时间延长，并且所形成的凝胶稳定性不佳，这是因为它太粘而不易进行适当的操作。当所用光辐照为可见光辐照时，精氨酸在所有的葡聚糖丙烯酸酯重量百分数下都有效，优选的浓度范围是占葡聚糖丙烯酸酯重量百分数的1至20％。
当所用电子供体为壳聚糖时，其用量为，例如占葡聚糖丙烯酸酯重量百分数的0.01至2.00％。
水凝胶的形成是通过将葡聚糖丙烯酸酯前体溶解于磷酸盐缓冲水溶液介质(pH7)中，以获得一定浓度的葡聚糖丙烯酸酯前体，例如10-50％w/v％，例如25w/v％。当葡聚糖丙烯酸酯在缓冲液介质中完全溶解后，向其中加入核黄素，通过搅拌获得均匀的混合物，并向该均匀的混合物中加入精氨酸。然后进行搅拌，例如，在室温下进行搅拌直到形成均匀的溶液。该溶液可制备为1mm厚度的结构用于光辐照，使用距离15cm远的辐照源进行光辐照。进行UV辐照时可以使用，例如，365nm长波UV灯(ModelXX-15S，115V，60Hz，0.68Amp，SerialNo.95-0042-05，CE，15W，UVP，Upland，加利福利亚州)。进行可见光辐照时可使用，例如，荧光灯(17瓦，Ecolox，F1718-SP-35-ECO，加拿大)。当整个凝胶可以被提起而不会有任何液体流动时，胶凝过程完成。
水凝胶的溶胀性质非常重要，因为它表明了与干燥水凝胶相比，水凝胶所吸收的溶液量。
溶胀程度可以通过溶胀率(％)来表征。可参照Kim，S.H.，et al，Journal of BiomedicalMaterials Research Part B，Applied Biomaterials 2009，page 390-400(published online 10 June2009)和Kim，S.-H.，Fibers and Polymers 2009，Vol 10，No.1，14-20这两篇文献中所描述的方法进行计算。
测试表明，本申请中使用UV辐照制备的水凝胶具有80％的溶胀率，该溶胀率不依赖于溶胀测试介质的pH值。而本申请中使用可见光辐照生成的水凝胶在pH7的测试介质中具有70％的溶胀率，并在pH3和pH10的测试介质中具有高达100％的溶胀率，其具有的溶胀率不依赖于pH值，为0至200％。
例如，一种用葡聚糖甲基丙烯酸酯制备无毒的生物可降解型水凝胶的方法，其中所用的葡聚糖的平均分子量范围是30,000至200,000克每摩尔，例如，64,000至76,000克每摩尔，并且其取代率的范围是0.08至0.60，该方法包括，在具有光引发效应剂量的核黄素存在时，核黄素的范围为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.2-2％，以及在具有电子供体效应剂量的L-精氨酸存在时，L-精氨酸的范围为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8至1.6％，例如占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数0.8至1.2％，在pH1.0-10的条件下，将葡聚糖甲基丙烯酸酯使用能够产生胶凝效果的剂量的UV辐照，以形成基于葡聚糖的生物可降解型无毒水凝胶，其具有的溶胀率不依赖于pH值，为0至200％。
在另一个例子中，本申请提供一种用葡聚糖甲基丙烯酸酯制备无毒的生物可降解型水凝胶的方法，其中所用的葡聚糖甲基丙烯酸酯的平均分子量范围是30,000至200,000克每摩尔，例如，64,000至76,000克每摩尔，并且其取代率的范围是0.08至0.60，该方法包括，在具有光引发效应剂量的核黄素存在时，核黄素的范围为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01-0.51％，以及在具有电子供体效应剂量的L-精氨酸存在时，L-精氨酸的范围为占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的1至20％，在pH1到pH10的条件下，将葡聚糖甲基丙烯酸酯使用可见光辐照，以形成基于葡聚糖的生物可降解型无毒水凝胶，其溶胀率的范围是64至98％，并且在碱性或者酸性pH值条件下的溶胀率高于中性pH值条件下的溶胀率。
本申请的另一实施方式涉及一种应用UV或可见光形成水凝胶的系统。
用于UV引发交联的水凝胶形成系统包含：
a)葡聚糖甲基丙烯酸酯，其平均分子量的范围是30,000至200,000克每摩尔，其取代率的范围是0.08至0.60；
b)具有光引发效应剂量的核黄素，其范围是占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.2至2％，以及
c)具有电子供体效应剂量的L-精氨酸，其范围是占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8至1.2。
用于可见光引发交联的水凝胶形成系统包含：
a)葡聚糖甲基丙烯酸酯，其平均分子量范围是30,000至200,000克每摩尔，其取代率的范围是0.08至0.60；
b)具有光引发效应剂量的核黄素，其范围是占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至0.51％，以及
c)具有电子供体效应剂量的L-精氨酸，其范围是占葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的1至20％。
在另一方面中，本申请涉及含有葡聚糖作为多糖基团的生物可降解型无毒水凝胶，其不含有残留的合成型光引发剂，且含有的残留光引发剂仅为那些被可见光所激活的引发剂。
我们接下来将说明本申请中所描述和制备的水凝胶的应用。可以将生物活性剂，例如任意的水溶性生物活性剂或生物制剂，例如，抗生素，消炎药，伤口愈合剂，蛋白质，生长因子如成纤维生长因子，细胞因子如IL-2，6和12，或DNA受体，引入到本申请的水凝胶中，通过将生物活性剂溶解或悬浮于本申请所述接受光辐照的溶液中，以生成含有生物活性剂的水凝胶，从而可用作控制释放的药物组合物。本申请所制备的水凝胶还可以用作皮肤或者其他身体部位的无毒水溶性涂层。
本申请的原理在Kim，S.-H.，et al，Journal of Biomedical Materials Research Part B：AppliedBiomaterials，2009，pages 390-400(published online 10 June 2009)和Kim，S.-H.，Fibers andPolymers 2009，vol.10，NO.1，14-20中也有公开，这些文献的全部内容在此参考并入。
下文阐述了制备本发明所述前体材料的实例以及本申请的操作实施例。
操作实施例I
制备作为水凝胶前体的葡聚糖甲基丙烯酸酯
在通氮条件下，在90℃时将葡聚糖溶于LiCl/DMF(10wt.％)溶剂系统。完全溶解后，将该溶液降温至70℃并缓慢向其中加入亲核催化剂三乙基胺。添加的三乙基胺的量为甲基丙烯酸酸酐摩尔百分比浓度的10％。将该葡聚糖溶液剧烈搅拌10分钟后，使用注射器向系统中缓慢注入甲基丙烯酸酸酐。添加的甲基丙烯酸酸酐的量为葡聚糖中葡萄糖单元羟基的摩尔数的0.3倍。该反应在70℃进行5小时。反应混合物中的葡聚糖甲基丙烯酸酯产物使用冰冷的异丙醇沉淀，并使用异丙醇洗涤数次，于真空烘箱中室温干燥。
为除去葡聚糖甲基丙烯酸酯中残留的任何未反应的甲基丙烯酸酸酐，将该葡聚糖甲基丙烯酸酯溶解于DMF中并使用异丙醇沉淀。相同的过程重复3次，以获得完全纯化的葡聚糖甲基丙烯酸酯前体。
通过对甲基丙烯酸片段中的双键(5.5～6.5ppm)以及葡聚糖骨架中羟基的氢峰(4.3～5.5ppm)进行积分和校正，测得葡聚糖中的甲基丙烯酸基团的取代度为0.287的取代度(D.S.)。当所有3个羟基基团都被取代时，得到定义为3.00的最大D.S.。以下的方程可用于计算D.S.，该方程的详细推导可参见Kim，S.-H.，″Synthesis of dextran-based hydrogels，theircharacterization structural study，and doing control release property，Cornell University，UMIDissertation Services；1999：211-216.
葡聚糖中甲基丙烯酸基团的D.S.＝4R/(R+2)
R＝B/A
A＝葡聚糖骨架中羟基的氢峰(4.3～5.5ppm)的积分面积
B＝甲基丙烯酸片段(5.5～6.5ppm)的积分面积
操作实施例II
以(-)核黄素/L-精氨酸为光引发剂/共引发剂在UV辐照下光交联葡聚糖甲基丙烯酸酯以生成水凝胶
将实施例I得到的葡聚糖甲基丙烯酸酯作为聚合物前体，分别溶解于pH3，7，和10的缓冲液介质中。所有凝胶制作过程中，聚合物前体浓度都维持在25w/v％。将葡聚糖甲基丙烯酸酯前体在缓冲液介质中彻底溶解后，向其中分别加入浓度为聚合物前体重量百分数的0.2，1，2，4，12，20％的核黄素。将该混合物搅拌5分钟，直到形成均匀的混合物，向其中分别加入浓度为葡聚糖甲基丙烯酸酯前体重量百分数的0.4，0.8，1.2，1.8，和2.0的L-精氨酸。该混合物随后在室温条件搅拌5分钟，直到形成均匀的溶液。将该溶液倾倒至塑料板上形成1mm厚度，并对其进行辐照直到完全形成水凝胶，即，使用置于所述1mm厚度结构上方15cm处的365nm长波UV灯(Model XX-15S，115V，60Hz，0.68Amp，序列号95-0042-05.CE，15W，UVP，Upland，加利福利亚州，美国)进行辐照，直到水凝胶完全形成。在一定时间间隔内使用刮刀在该溶液上划取划痕，当刮刀的划痕不再消失时记为胶凝起始时间。当整个凝胶能够被提起而不会有液体流动时，记为胶凝完成的时间。
下表1展示了支持本专利申请的工作中测得的核黄素浓度以及水相反应介质的pH对葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶特点的影响：
表1
Figure BPA00001423260100061
Figure BPA00001423260100071
*胶凝起始时间，**胶凝完成时间
下表2展示了支持本专利申请的工作中测得的L-精氨酸浓度对物理形态的影响以及对葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶在pH7水相反应介质中的特点的影响：
Figure BPA00001423260100081
*当所形成的凝胶能够向一个方向弯曲90°并可以向相反方向弯曲相同角度而不会破裂，则认为其是“柔韧”的。而破损的凝胶则为“易碎”的。
**当在操作凝胶的过程中，若凝胶倾向于粘附在表面上而其物理形态不被破坏，则认为凝胶是“粘”的。当其牢固地粘附在表面而导致操作困难时，则认为凝胶是“极粘”的。
***定义物理形态稳定性时，使用如下标准。
“优秀”是指所形成的凝胶在外力下不会破损。在干燥和移动过程中不会发生改变。
“良好”是指所形成的凝胶在没有外力的时候不容易破损。在干燥和移动过程中对其谨慎处理不会使其发生改变。
“一般”是指所形成的凝胶在形成时具有形态，但是在干燥或移动过程中形态发生改变。
“差”是指所形成的凝胶在形成时由于太粘而不具有形态。因此，所形成的凝胶在干燥和移动过程中形态会发生改变。
溶胀测试中，将葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶切成数小块，并使用真空烘箱在室温下干燥，直到检测不到水凝胶的重量改变。干燥后的葡聚糖水凝胶块(每块0.1g)分别在pH值为3，7和10的PBS缓冲液介质中浸泡。浸泡的水凝胶在预定的时间间隔内取出并称重，直到检测不出重量的改变。水凝胶的溶胀率使用如下方程计算。记录下每个条件中三个样品的平均值。
Figure BPA00001423260100091
Ws：溶胀后的水凝胶的重量
W0：干燥水凝胶的重量
葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶显示出中等的溶胀性质(80％左右)。测定的溶胀率不依赖于溶胀测试介质的pH值。在测试介质中的前20分钟里，水凝胶在测试介质中吸收了绝大部分的水分，并在此后达到平衡状态。在测试介质中24小时后，水凝胶的溶胀率不再变化。干燥的水凝胶(大约1cm×1cm)溶胀至1.3cm×1.3cm。溶胀后的水凝胶大约比干燥的水凝胶要大130％。
操作实施例III
以(-)核黄素/L-精氨酸为光引发剂/共引发剂在可见光辐照下光交联葡聚糖甲基丙烯酸酯以生成水凝胶
将实施例I得到的葡聚糖甲基丙烯酸酯作为聚合物前体溶解于缓冲液介质(pH7)中。聚合物前体浓度维持在25w/v％。将葡聚糖甲基丙烯酸酯前体彻底溶解于缓冲液介质中后，向其中加入(-)核黄素，其浓度分别为葡聚糖甲基丙烯酸酯前体重量百分数的0.01，0.1，0.2，0.5，1，2，5，10，至20％。将该混合物搅拌5分钟，直到形成均匀的混合物。向其中加入L-精氨酸，其浓度分别为葡聚糖甲基丙烯酸酯前体重量百分比的0，1，2，5，10，20，40，60和100％。该混合物随后在室温条件下搅拌5分钟，直到形成均匀的溶液。将该溶液倾倒至环形的特氟隆模具上至1mm厚度，并使用荧光灯(17瓦，Ecolux，F1718-SP-35-ECO，加拿大)进行辐照直到水凝胶完全形成(15～40分钟)。水凝胶前体溶液与灯之间的距离约为15cm。
通过监测胶凝时间，以得到在可见光辐照条件下水凝胶形成的最优条件。当使用刮刀在水凝胶前体溶液表面上留下的划痕不消失时，记为胶凝起始时间。当整块凝胶可以被提起而没有任何液体流动时胶凝完成。
下面说明在支持本申请的工作中测得的在10wt％的L-精氨酸以及可见光辐照条件下核黄素浓度对于凝胶特点的影响。
表3显示了在25重量葡聚糖甲基丙烯酸酯的pH7缓冲溶液中，使用10wt％L-精氨酸制备水凝胶时，核黄素浓度对于葡聚糖甲基丙烯酸酯前体的光交联的影响。研究了核黄素的各种浓度，从水凝胶前体的0至20wt％，以得到使用(-)核黄素/L-精氨酸体系在可见光源条件下的所提供的光引发系统中的最优反应条件。当不存在(-)核黄素光引发剂时，没有观察到胶凝。在使用(-)核黄素作为光引发剂的光交联反应中，一个独特的特点就是只需要微量的核黄素，因为大量的核黄素事实上并未导致水凝胶的形成。仅需低于1wt％的(-)核黄素就足以引发葡聚糖甲基丙烯酸酯前体的光交联反应。更高浓度的(-)核黄素会阻滞胶凝的一个原因是，水凝胶前体溶液的不透明度会升高，从而阻碍了可见光在前体溶液中的穿透。在操作实施例II中的UV辐照研究中，使用核黄素用于葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶前体的光引发时，也观察到了相同的趋势。因此，使用1～20wt.％的核黄素没有得到令人满意的水凝胶形成。另一方面，具有非常低浓度的核黄素(0.01wt％)则形成了具有良好形态和形状的葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶。就胶凝速度而言，在形成葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶中最优的核黄素浓度为0.01～0.5wt.％。在这个核黄素浓度范围内，用可见光辐照时，胶凝的起始时间为5分钟，而结束时间为15分钟。在0.1和0.2wt％核黄素存在时，形成的水凝胶的物理形态都很优秀。因此，在使用可见光辐照条件下，将葡聚糖甲基丙烯酸酯前体进行光交联形成水凝胶的最优反应条件为0.1～0.2wt％的核黄素光引发剂浓度。
表3
Figure BPA00001423260100101
*胶凝起始时间
**胶凝完成时间
表3中，浑浊度表示不透明度。
表3中，柔韧度的意义同表2。
表3中，中等粘度是指凝胶粘附至皮肤或者其他表面，并可将其取下而不会破坏水凝胶，
就像便利贴一样。
表3中，良好的物理形态的意义同表2。
表3中，优秀的物理形态的意义同表2。
表4显示了在25重量百分比的葡聚糖甲基丙烯酸酯的pH7缓冲溶液中，使用0.1重量百分比的核黄素时，L-精氨酸浓度对于葡聚糖甲基丙烯酸酯前体的光交联的影响。
L-精氨酸在所有浓度下都促进了(-)核黄素的光交联反应。但是，L-精氨酸的浓度过高，占葡聚糖甲基丙烯酸酯前体重量百分数40～100％之间，会延长胶凝完成的时间。具有该浓度范围的L-精氨酸溶液过于粘稠，使得水凝胶无法在25分钟或更短的时间(例如15分钟以内)内形成。当使用浓度为1～20wt.％L-精氨酸时，水凝胶形成非常迅速。胶凝开始于第5分钟并于15分钟后完成。因此，为使形成的葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶具有的水相结构完整度以及强度足以用于物理操作过程，L-精氨酸最优的浓度范围被认为是5～10wt％。该物理性质对于生物医学应用非常重要，如伤口愈合系统。
表4
Figure BPA00001423260100111
*胶凝起始时间
**胶凝完成时间
表4中，浑浊度是指不透明度。
表4中，柔韧性，粘度以及物理形态的特点同表2。
溶胀测试中，将葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶切成数小块，在室温条件下使用真空烘箱干燥，直到检测不到水凝胶的重量改变。干燥后的水凝胶块(每块0.1g)分别在pH值为3，7和10的PBS缓冲液介质中室温浸泡。浸泡的水凝胶于预设的时间间隔内取出，称重，直到检测不到重量的变化。水凝胶的溶胀率使用如下方程计算。记录下每个条件中三个样品的平均值。
溶胀率(％)＝{(Ws-W0)/W0}×100
其中Ws：溶胀后的水凝胶的重量，W0：干燥水凝胶的重量。
在(-)核黄素/L-精氨酸作为光引发剂/共引发剂存在时，检测用可见光辐照形成的葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶的溶胀性质，测得在所有的pH介质中，大部分的水分是在前30分钟内吸收的，而大约一半的水分是在前10分钟内吸收的(pH3时是68％，pH7时是45％，pH10时是64％)。30分钟以后，葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶的水分吸收达到平衡，这与介质的pH无关。pH7介质中葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶的溶胀率具有最低的值(70％)。pH3介质中葡聚糖甲基丙烯酸酯水凝胶的溶胀率最高。pH10介质中的溶胀率相比pH3介质中略小。处于酸性和碱性介质中的水凝胶在1小时后开始失去其物理完整度并开始分解。但是，在中性pH介质中的水凝胶的物理形态在24小时后仍保持完整。
操作实施例IV
以(-)核黄素-壳聚糖为光引发剂在可见光辐照下光交联葡聚糖甲基丙烯酸酯以生成水凝胶
以实施例I中得到的葡聚糖甲基丙烯酸酯作为聚合物前体，溶解于缓冲液介质(pH7)中。聚合物前体浓度维持在25w/v％。在葡聚糖甲基丙烯酸酯前体完全溶解于缓冲液介质中后，向其中加入大范围内变动的聚合体前体质量百分比浓度1％的(-)核黄素。将该混合物搅拌5分钟，直至wt％形成均匀的混合物。向上述均匀混合物中加入占葡聚糖甲基丙烯酸前体重量百分比1％的壳聚糖。该混合物随后在室温条件下搅拌5分钟，直到形成均匀的溶液。将该溶液倾倒至环形的特氟隆模具上至1mm厚度，并使用荧光灯(17瓦，Ecolux，F1718-SP-35-ECO，加拿大)进行辐照，直到水凝胶完全形成(15～40分钟)。水凝胶前体溶液与荧光灯间的距离为约15cm。当整块凝胶可以被提起而不会有任何液体流动时，则认为胶凝完成。制备得到不含合成型光引发剂的生物可降解型无毒水凝胶。
变动
本发明上文的描述已展示了某些可操作的和优选的实施方式。这并不表明本发明受限于此，因为本领域的技术人员能够很容易的据此作出变动和修饰，所有这些变动和修饰都应包含在本发明的发明精神和范围之内。

Claims (14)

1.制备不含有合成型光引发剂的生物可降解型水凝胶的方法，其步骤包括，在具有光引发效果剂量的核黄素以及具有电子供体效果剂量的精氨酸或壳聚糖存在的条件下，在水相介质中对不饱和基团取代的多糖进行光辐照，使得所述不饱和基团取代的多糖发生交联和聚合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述光辐照是紫外光辐照。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述光辐照是可见光辐照。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述多糖是重量平均分子量范围为30,000至200,000克每摩尔的葡聚糖。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述不饱和基团取代的多糖是葡聚糖甲基丙烯酸酯。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述葡聚糖甲基丙烯酸酯的取代度范围为0.08至0.60。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述不饱和基团所取代的多糖是取代度范围为0.08至0.60的葡聚糖甲基丙烯酸酯，所述核黄素的具有光引发效应的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.2-2％，所述电子供体是L-精氨酸，L-精氨酸的具有电子供体效应的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8-1.2％，所述方法在pH值1.0至10的范围内进行，并且所述方法用于制备基于无毒生物可降解型葡聚糖的无毒水凝胶，其溶胀率范围不依赖于pH，为0至200％。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述不饱和基团取代的多糖是取代度范围为0.08至0.60的葡聚糖甲基丙烯酸酯，所述核黄素的具有光引发效应的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01-0.51％，所述电子供体是L-精氨酸，L-精氨酸的具有电子供体效应的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯质量百分数的1-20％，所述方法在pH值1.0至10的范围内进行，并且所述方法用于制备基于生物可降解型葡聚糖的无毒水凝胶，其溶胀率范围是64至98％，并且其溶胀率在碱性或者酸性pH值条件下比在中性pH条件下高。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述核黄素的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至2％。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述电子供体是壳聚糖，并且所述壳聚糖的具有电子供体效应的剂量范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至2。
11.使用UV辐照引发交联的水凝胶生成系统，含有：
a)葡聚糖甲基丙烯酸酯，其重量平均分子量范围为30,000至200,000克每摩尔，且其取代率范围为0.08至0.60；
b)具有光引发效果剂量的核黄素，其范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.2至2％，以及
c)具有电子供体效果剂量的L-精氨酸，其范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.8至1.2％。
12.使用可见光引发交联的水凝胶生成系统，含有：
a)葡聚糖甲基丙烯酸酯，其重量平均分子量范围为30,000至200,000克每摩尔，且其取代率范围是0.08至0.60；
b)具有光引发效果剂量的核黄素，其范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的0.01至0.51％，以及
c)具有电子供体效果剂量的L-精氨酸，其范围为葡聚糖甲基丙烯酸酯重量百分数的1至20％。
13.生物可降解型无毒水凝胶，含有作为多糖基团的葡聚糖，其不含有残留的合成型光引发剂。
14.如权利要求13所述的生物可降解型无毒水凝胶，其仅含有被可见光所激活的残留引发剂。
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