CN102433006A - 一种温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，将丝胶蛋白粉末溶解或分散于蒸馏水中，配成丝胶溶液；将壳聚糖粉末溶解于稀酸溶液中，配成壳聚糖溶液；将甘油磷酸钠溶解或分散于蒸馏水中，配成甘油磷酸钠溶液；冰浴搅拌下，将丝胶溶液、壳聚糖溶液和甘油磷酸钠溶液按体积比30:10:2~1:18:2混合20分钟以上即可得到本温敏性溶胶－凝胶转化材料。本方法制备的材料能在20℃以下较长时间保持液态，在37±5℃温度环境、大范围的生理pH值(6.9-7.45)下，快速转变为多孔性凝胶，且可随模具任意成型，软硬度适当，有望用于组织工程支架。

Description

一种温敏性溶胶-凝胶转化材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种温敏性可溶凝胶转化材料的制备方法，本方法可制备一种在室温或低温下保持液态，体温时可转变为凝胶的复合物，该复合物能在20℃以下较长时间保持液态，在37±5℃温度环境、大范围的生理pH值 (6.9-7.45)下，快速转变为多孔性凝胶，且可随模具任意成型，软硬度适当，有望用于组织工程支架，属于生物材料技术领域。

 

背景技术

丝胶(silk sericin, SS)是一种宝贵的可再生天然蛋白质，却常作为废物被直接排放。作为天然蛋白，它具备特异性分子识别信号，可促进细胞粘附和增殖，诱导细胞分化及为其提供支架。因为丝胶的良好的凝胶化性能，天然抑菌性、低免疫原性，特殊的生物相容性和可降解性等，它在缓控释药物载体和组织工程支架领域得到了广泛的重视和较深入的研究，丝胶正逐渐成为生物医学领域最有前景的生物材料之一。

温敏水凝胶能随环境温度的变化而发生相转变，低温液态、高温凝固的材料称为“反向温敏”材料。利用此类材料的相变特点，将其用于组织修复或智能化给药系统已成为功能材料和生物医学领域的研究热点。温敏水凝胶如果可用于注射，且能在体温作用下原位凝固，即可避免外科手术过程中的高度创伤性，能加速伤口愈合、减少病人痛苦等。当此类水凝胶用于修复复杂形状的组织时，具备自适应性、可体温固化等一般水凝胶无可比拟的优势；而作为药物释放载体时，其负载药物经注射后可于特定部位形成水凝胶，达到对药物精确、持续性释放，可减轻病人服药痛苦及药物副作用。有关温敏材料的研究很多，但符合医用植入材料条件的较少。如聚(氧化乙烯－氧化丙烯－氧化乙烯)体系和聚异丙基丙烯酰胺都是可注射性的温敏材料，但由于在体内不能生物降解且具有细胞毒性，不适合用作植入材料；而聚氧乙烯和聚乳酸的共聚物虽然具有生物降解性和生物相容性，但成凝胶时温度较高(约45℃)，不利于体内凝胶的形成。为了避免有机溶剂或化学交联剂的引入，利用天然材料或一些无毒合成材料相互间的性能互补，进行有效的物理交联，逐渐成为构建功能完备、功效优良智能型水凝胶材料的有效途径之一。

壳聚糖(chitosan，CS)是自然界大量存在的碱性多糖，生物毒性小，具有良好的组织相容性、生物可降解性和黏附性，在生物医学领域得到广泛研究和应用，是一种较理想的医用植入材料。Chenite等首次用高脱乙酰度的壳聚糖和甘油磷酸钠混合，得到了pH值中性( 6.8~7.2 )的壳聚糖－甘油磷酸钠复合物(CS/GP)，该混合物温敏性明显，即在室温或低于室温时可保持液态较长时间，而温度升高到生理体温(37℃)后发生凝胶化。王常勇等将羟乙基纤维素混入CS/GP体系中，可缩短体系成胶时间。Hoemann等以壳聚糖、甘油磷酸钠和葡糖胺为原料，通过调节溶液温度及pH值也可得到温敏性水凝胶。而Berger等则通过再乙酰化开发出一种凝胶化后仍然保持透明状态的温敏性CS/GP体系。以上成果意义重大，均为可注射医用材料提供了可能的素材。但考虑到壳聚糖-甘油磷酸钠制备前的灭菌过程容易造成壳聚糖链大量降解，影响材料机械性能，且单纯的CS/GP体系可适用的pH值范围比较小，难以满足体内不同环境下的使用需求。另有报道显示，CS/GP凝胶于体内外降解4周后，均维持初始体积，无崩解现象，仅表现为少量组分的溶蚀降解，作为注射用药物载体或组织支架，这样的降解速率显然是不够理想的。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种新型的温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，本方法制备的水凝胶在大范围的生理pH值内可实现由常温下流动性好的溶液向体温时原位凝胶化的转变，是一种可随模具任意成型且软硬度适当的多孔性凝胶材料。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，制备过程为：

(1) 将易溶性丝胶蛋白粉末溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为2.0%~6.0%(W/V)的丝胶溶液； 

　　(2) 将壳聚糖粉末溶解于稀酸溶液中，配成浓度为1.5%~2.2%(W/V)的壳聚糖溶液；

　　(3) 将甘油磷酸钠溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为40%~56%(W/ V)的甘油磷酸钠溶液；

(4) 冰浴搅拌下，将所述丝胶溶液、壳聚糖溶液和甘油磷酸钠溶液按体积比30:10:2~1:18:2混合20分钟以上即可得到本温敏性溶胶－凝胶转化材料。

所述壳聚糖溶液、甘油磷酸钠溶液和丝胶溶液的混合方法为：方法1-冰浴搅拌的同时，将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到壳聚糖溶液中，搅拌至少10分钟后，将丝胶溶液缓慢加入到甘油磷酸钠/壳聚糖溶液体系中，继续搅拌10分钟后，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系；方2-冰浴搅拌的同时，先将丝胶溶液和壳聚糖溶液混合均匀，再将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到丝胶/壳聚糖体系中，混合至少20分钟以上，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系。

所述易溶性丝胶蛋白粉末的制备方法为，将废次茧壳或茧丝依次经醚类、醇类有机溶剂浸泡以除去其中的蜡质物、碳水化合物及灰分杂质，再将废次茧壳或茧丝洗净后纯水煮沸2~6小时，抽滤所得溶液即为丝胶；将丝胶浓缩后经冷冻干燥即得到易溶性丝胶蛋白粉末，低温保存备用即可。

所述稀酸浓度为0.1mol/L，稀酸为稀盐酸、稀乙酸或稀乳酸。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1) 本方法制得的壳聚糖/甘油磷酸钠/丝胶水凝胶可在20℃以下较长时间保持液态，在37±5℃环境下，可快速(2~60min)转变为凝胶。

　　(2) 体温时，该水凝胶在大范围的生理pH值(6.9-7.45)内均可实现溶胶－凝胶转化，适合注射用。

(3) 本发明添加了凝胶化性能优良的丝胶蛋白，其免疫原性低，安全无毒，易于吸收，并具备一定抑菌性，有望使丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠水凝胶获得良好的生物相容性，使其生物降解性可在一定程度上进行调控。

(4) 本发明中丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠水凝胶制备方法简单，原料成本低廉。

(5) 本发明简单易行地制备了丝胶蛋白粉末，并对其进行了合理有效地利用，其潜在价值显著提升。

本方法简单易行，三种原材料来源广泛，价格较低廉，所获得的产品pH环境适应性强，能在体温下快速从溶胶转化为凝胶，且得到的凝胶为三维多孔结构，软硬度适当，可望作为注射性组织工程支架材料使用。

 

附图说明

图1是本方法制备的SS/CS/GP水凝胶在室温下（凝胶前）的照片。

图2是本方法制备的SS/CS/GP水凝胶在体温下（凝胶后）的照片。

图3是本方法制备的SS/CS/GP水凝胶成胶后实物形态图。

图4是本方法制备的SS/CS/GP水凝胶冻干后实物形态图。

图5是本方法制备的SS/CS/GP水凝胶冻干后经扫描电镜观察（×200倍）所得断面形貌结构图。

 

具体实施方式

本发明温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备工艺如下：

（1）将易溶性丝胶蛋白粉末溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为2.0%~6.0%(W/V)的丝胶溶液； 

　　（2）将壳聚糖粉末溶解于稀酸溶液中，配成浓度为1.5%~2.2%(W/V)的壳聚糖溶液；

（3）将甘油磷酸钠溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为40%~56%(W/ V)的甘油磷酸钠溶液；甘油磷酸钠因分子中磷酸盐结构的位置不同，而分为α-甘油磷酸钠和β-甘油磷酸钠，本发明α-甘油磷酸钠、β-甘油磷酸钠或者两者任意比例的混合物（即α、β-甘油磷酸钠）均可用于本方法，它们均可达到类似的凝胶化效果；实际采用的是二者的混合物，即α、β-甘油磷酸钠，有报道显示，α、β-GP的凝胶化性能优于α-GP和β-GP。

（4）冰浴搅拌下，将所述丝胶溶液、壳聚糖溶液和甘油磷酸钠溶液按体积比30:10:2~1:18:2混合20分钟以上即可得到本温敏性溶胶－凝胶转化材料。

所述壳聚糖溶液、甘油磷酸钠溶液和丝胶溶液的混合方法有两种：一、冰浴搅拌的同时，将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到壳聚糖溶液中，搅拌至少10分钟后，将丝胶溶液缓慢加入到甘油磷酸钠/壳聚糖溶液体系中，继续搅拌10分钟后，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系。二、冰浴搅拌的同时，先将丝胶溶液和壳聚糖溶液混合均匀，再将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到丝胶/壳聚糖体系中，混合至少20分钟以上，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系。

所述易溶性丝胶蛋白粉末的制备方法为，将废次茧壳或茧丝依次经醚类、醇类有机溶剂浸泡以除去其中的蜡质物、碳水化合物及灰分杂质，再将废次茧壳或茧丝洗净后纯水煮沸2~6小时，抽滤所得溶液即为丝胶；将丝胶浓缩后经冷冻干燥即得到易溶性丝胶蛋白粉末，低温保存备用即可。

所述稀酸浓度为0.1mol/L，稀酸为稀盐酸、稀乙酸或稀乳酸。

以下给出几个具体实施例以帮助理解本发明。

实施例1：

将丝胶蛋白粉末溶于三蒸水中，配成4.0%(W/V) SS溶液；将280mg壳聚糖溶于14mL0.1mol/L盐酸溶液中，室温下充分搅拌后配成2.0%(W/V) CS澄清溶液，低温保存；将1g甘油磷酸钠溶于2mL三蒸水中，配成50%(W/W) GP溶液，低温保存；冰浴搅拌下，将2mLGP溶液逐滴加入14mLCS溶液中，充分混合后得到壳聚糖/甘油磷酸钠溶液；接着将SS溶液与CS/GP体系按3:8体积比在冰浴下混合均匀，得到丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系，该体系在37℃下约15min转变为凝胶。图4是实施例1制备的SS/CS/GP水凝胶冻干后实物形态图。图5是实施例1制备的SS/CS/GP水凝胶冻干后经扫描电镜观察（×200倍）所得断面形貌结构图。

实施例2：

将丝胶蛋白粉末溶于三蒸水中，配成6.0%(W/V) SS溶液；将150mg壳聚糖溶于10mL0.1mol/L醋酸溶液中，室温下充分搅拌后配成1.5%(W/V) CS澄清溶液，低温保存；将0.8g甘油磷酸钠溶于2mL三蒸水中，配成40%(W/W) GP溶液，低温保存；冰浴搅拌下，将7mL SS溶液和10mL CS溶液（7:10体积比）混合均匀，接着将2mLGP溶液逐滴加入SS/CS混合溶液中，充分混匀后得到丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系，该体系在37℃下约10min转变为凝胶。图3是实施例2制备的SS/CS/GP水凝胶成胶后实物形态图。

实施例3：

将丝胶蛋白粉末溶于三蒸水中，配成2.0%(W/V) SS溶液；将396mg壳聚糖溶于18mL0.1mol/L乳酸溶液中，室温下充分搅拌后配成2.2%(W/V) CS澄清溶液，低温保存；将1.12g甘油磷酸钠溶于2mL三蒸水中，配成56%(W/W) GP溶液，低温保存；冰浴搅拌下，将2mLGP溶液逐滴加入18mLCS溶液中，充分混合后得到壳聚糖/甘油磷酸钠溶液；接着将SS溶液与CS/GP体系按2:10体积比（即SS溶液为4mL）在冰浴下混合均匀，得到丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系，该体系在37℃下约30min转变为凝胶。图1是实施例3制备的SS/CS/GP水凝胶在室温下（凝胶前）的照片。图2是实施例3制备的SS/CS/GP水凝胶在体温下（凝胶后）的照片。

Claims (5)

1. 一种温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，其特征在于，制备过程为：

将易溶性丝胶蛋白粉末溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为2.0%~6.0%(W/V)的丝胶溶液； 

　　(2) 将壳聚糖粉末溶解于稀酸溶液中，配成浓度为1.5%~2.2%(W/V)的壳聚糖溶液；

　　(3) 将甘油磷酸钠溶解或分散于蒸馏水中，配成浓度为40%~56%(W/ V)的甘油磷酸钠溶液；

冰浴搅拌下，将所述丝胶溶液、壳聚糖溶液和甘油磷酸钠溶液按体积比30:10:2~1:18:2混合20分钟以上即可得到本温敏性溶胶－凝胶转化材料。

2.根据权利要求1所述的温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖溶液、甘油磷酸钠溶液和丝胶溶液的混合方法为：冰浴搅拌的同时，将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到壳聚糖溶液中，搅拌至少10分钟后，将丝胶溶液缓慢加入到甘油磷酸钠/壳聚糖溶液体系中，继续搅拌10分钟后，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系。

3.根据权利要求1所述的温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖溶液、甘油磷酸钠溶液和丝胶溶液的混合方法为：冰浴搅拌的同时，先将丝胶溶液和壳聚糖溶液混合均匀，再将甘油磷酸钠溶液逐滴加入到丝胶/壳聚糖体系中，混合至少20分钟以上，即得到温敏性可溶凝胶转化的丝胶/壳聚糖/甘油磷酸钠复合体系。

4.根据权利要求1所述的温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，其特征在于：所述易溶性丝胶蛋白粉末的制备方法为，将废次茧壳或茧丝依次经醚类、醇类有机溶剂浸泡以除去其中的蜡质物、碳水化合物及灰分杂质，再将废次茧壳或茧丝洗净后纯水煮沸2~6小时，抽滤所得溶液即为丝胶；将丝胶浓缩后经冷冻干燥即得到易溶性丝胶蛋白粉末，低温保存备用即可。

5.根据权利要求1所述的温敏性溶胶－凝胶转化材料的制备方法，其特征在于：所述稀酸浓度为0.1mol/L，稀酸为稀盐酸、稀乙酸或稀乳酸。

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