CN104606680A - 一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术领域，涉及一种生物可降解水凝胶的制备方法，通过壳聚糖作为交联剂，将聚谷氨酸交联在一起，形成三维网状结构的水凝胶，具有可生物降解、生物相容性，抗微生物活性等特点，再通过交联戊二醛增加水凝胶机械强度，负载红霉素等药物，制备出具有消炎等功效的聚谷氨酸-壳聚糖复合水凝胶，可以广泛的应用在医用辅料及组织工程材料等领域。
Description
技术领域：
本发明属于生物技术领域，涉及一种生物可降解水凝胶的制备方法，具体是通过壳聚糖交联聚谷氨酸的方法得到水凝胶后负载药物制备具有功能性的聚谷氨酸水凝胶。
背景技术：
γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种水溶性高分子，由D-谷氨酸或L-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基形成γ-酰胺键结合而成的阴离子聚合物，主链上含有大量游离羧基，可发生交联、螯合、衍生化等反应，其侧链存在大量游离羧基，易于修饰，相对分子质量在10万-100万之间，是一种酸性氨基酸聚合物，可通过化学合成法、提取法和微生物发酵法获得。具有生物相容性好、水溶性好、可降解、可食用、无毒、保湿等特点，作为一种新型绿色环保的生物材料备受关注，具有广泛的应用范围。
壳多糖是由葡萄糖胺和N-乙酰基葡萄糖胺通过β-(1,4)键组成的直链碱性多糖，具有无毒性、生物相容性、生物可降解性以及抗微生物活性的特点，广泛应用于伤口愈合、药物递送系统、废水处理和组织工程等应用中。
水凝胶是能够吸收以及保持大量水分而又不溶于水的三维交联网络结构材料，其网络由大分子主链和亲水性官能团构成，是一类集吸水、保水于一体的功能高分子材料，具有高力学强度，生物可降解性，高溶胀率，生物相容性以及刺激响应性等独特性质。
由γ-聚谷氨酸与壳聚糖交联的水凝胶，有如下交联过程：
发明内容：
本发明的目的在于提供一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法。本发明通过壳聚糖作为交联剂，将聚谷氨酸交联在一起，形成三维网状结构的水凝胶，具有可生物降解、生物相容性，抗微生物活性等特点，再通过交联戊二醛增加水凝胶机械强度，负载红霉素等药物，制备出具有消炎等功效的聚谷氨酸-壳聚糖复合水凝胶，可以广泛的应用在医用辅料及组织工程材料等领域。
负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)称取0.02-0.8g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入30-60g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；
(2)称取0.05-0.2g药物，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；
(3)称取3-6g壳聚糖，聚谷氨酸羧基与壳聚糖羟基的基团摩尔比为1:4-100，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；
(4)称取30-60g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，交联后得聚谷氨酸凝胶；
(5)将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗涤；
(6)戊二醛蒸汽交联12h；
(7)冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。
所述γ-聚谷氨酸为微生物发酵法制备得到。
所述γ-聚谷氨酸分子量为40万-100万，壳聚糖分子量为3000-5000道尔顿，乙酰化为90％。
所述药物为红霉素、青霉素、阿莫西林或阿奇霉素。
优选的，γ-聚谷氨酸为0.1-0.3g，0.05-0.2g药物，3.7-3.9g壳聚糖。
有益效果：
本发明开发了一种全新的交联γ-聚谷氨酸，是通过γ-聚谷氨酸在壳聚糖的作用下交联制备而成的。
本发明制备的交联γ-聚谷氨酸具有致密的三维网状结构，具有极强的吸水性和保水性，可以作为保水剂，防止水分流失。
本发明选用生物源材料壳寡糖为交联剂，可显著改善所得水凝胶体系的生物相容性；反应体系为水溶液体系，且反应调控性好，凝胶稳定。
本发明制备的γ-聚谷氨酸水凝胶具有一定的力学强度，广泛应用在生物医药、组织工程学领域。
具体实施方式：
实施例1.负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备
称取0.03g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入40g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；称取0.05g红霉素，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；称取3.97g壳聚糖，聚谷氨酸与壳聚糖的基团摩尔比为1：99，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；称取56g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，得交联后的聚谷氨酸凝胶；将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗涤；戊二醛蒸汽交联12h；冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。由此得到的水凝胶具有良好的保水效果，保水率为70％，优良的抑菌效果，抑菌率为80％，与传统红霉素类消炎辅料相比，除了有效抑菌外还具有良好的保水性，有利于伤口的愈合。
实施例2.负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备
称取0.2g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入50g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；称取0.1g青霉素，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；称取3.8g壳聚糖，聚谷氨酸与壳聚糖的基团摩尔比为1：19，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；称取46g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，得交联后的聚谷氨酸凝胶；将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗涤；戊二醛蒸汽交联12h；冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。由此得到的水凝胶具有良好的保水效果，保水率为90％，优良的抑菌效果，抑菌率为90％，与传统青霉素类消炎辅料相比，除了有效抑菌外还具有良好的保水性，有利于伤口的愈合。
实施例3.负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备
称取0.6g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入60g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；称取0.15g阿莫西林，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；称取3.4g壳聚糖，聚谷氨酸与壳聚糖的基团摩尔比为1：4，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；称取36g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，得交联后的聚谷氨酸凝胶；将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗涤；戊二醛蒸汽交联12h；冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。由此得到的水凝胶具有良好的保水效果，保水率为80％，优良的抑菌效果，抑菌率为85％，与传统阿莫西林类消炎辅料相比，除了有效抑菌外还具有良好的保水性，有利于伤口的愈合。
实施例4.负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备
称取0.6g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入60g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；称取0.2g阿奇霉素，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；称取3.4g壳聚糖，聚谷氨酸与壳聚糖的基团摩尔比为1：4，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；称取36g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，得交联后的聚谷氨酸凝胶；将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗涤；戊二醛蒸汽交联12h；冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。由此得到的水凝胶具有良好的保水效果，保水率为89％，优良的抑菌效果，抑菌率为92％，与传统阿奇霉素类消炎辅料相比，除了有效抑菌外还具有良好的保水性，有利于伤口的愈合。
本专利得到最优条件为聚谷氨酸0.1-0.3g，0.05-0.2g消炎药物，3.7-3.9g壳聚糖，得到的水凝胶保水效果优良，抑菌率较高。
Claims (4)
1.一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取0.02-0.8g的γ-聚谷氨酸于100mL烧杯中，加入30-60g蒸馏水，置于磁力搅拌器上搅拌均匀；
(2)称取0.05-0.2g药物，缓慢加入烧杯中，搅拌均匀；
(3)称取3-6g壳聚糖，聚谷氨酸羧基与壳聚糖羟基的基团摩尔比为1:4-100，缓慢加入聚谷氨酸溶液的烧杯中，边搅拌边加入，使壳聚糖均匀的分散在聚谷氨酸溶液中；
(4)称取30-60g 2mol/L醋酸溶液，缓慢匀速加入烧杯中，反应1-2h，交联后得聚谷氨酸凝胶；
(5)将凝胶浸泡在3mol/L NaOH中12h，再用磷酸盐缓冲溶液洗涤；
(6)戊二醛蒸汽交联12h；
(7)冷冻干燥得负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶。
2.如权利要求1所述的一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法，其特征在于，所述γ-聚谷氨酸为微生物发酵法制备所得。
3.如权利要求1所述的一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法，其特征在于，所述γ-聚谷氨酸分子量为40万-100万，壳聚糖分子量为3000-5000道尔顿，乙酰化为90％。
4.如权利要求1所述的一种负载药物的γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法，其特征在于，所述药物为红霉素、青霉素、阿莫西林或阿奇霉素中的一种。
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