CN107043467A - 一种可光交联水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种可光交联水凝胶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107043467A
CN107043467A CN201710409811.0A CN201710409811A CN107043467A CN 107043467 A CN107043467 A CN 107043467A CN 201710409811 A CN201710409811 A CN 201710409811A CN 107043467 A CN107043467 A CN 107043467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
keratin
hydrogel
preparation
photocrosslinkable
photocrosslinkable hydrogel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710409811.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107043467B (zh
Inventor
杨光
姚依茜
曹禺
李炎
李颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201710409811.0A priority Critical patent/CN107043467B/zh
Publication of CN107043467A publication Critical patent/CN107043467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107043467B publication Critical patent/CN107043467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2389/00—Characterised by the use of proteins; Derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可光交联水凝胶及其制备方法，所述水凝胶的基材包括角蛋白，所述角蛋白中含有多个自由巯基。制备方法包括：将角蛋白溶于缓冲溶液中，然后加入光引发剂，充分溶解后置于紫外灯下照射，形成可光交联水凝胶。本发明的水凝胶材料成胶时间短，力学强度高，并可用于体内注射成胶，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。

Description

一种可光交联水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于水凝胶领域，特别涉及一种可光交联水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是一种能够在水中发生溶胀并能保持大量水分而又不会溶解的亲水交联三维聚合物网络材料。水凝胶吸水性能优越，且具有较好的对外界环境的应答性、贮存稳定性、强度及柔软性，展现出良好的生物相容性，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有很高的应用价值。
水凝胶的交联方式通常有化学交联、物理交联、高能辐射交联、光交联等。光交联方法可在常温、常压下数分钟内快速成型，且反应条件温和，过程容易控制，特别适合用于制备生物医用材料，尤其是可注射型水凝胶材料。
角蛋白是一种广泛存在于动物皮肤及皮肤附属物，如毛发、蹄、壳、爪、角、鳞片等的主要结构蛋白，水溶性低。从一级结构上看，角蛋白富含半胱氨酸残基和大量二硫键。以羊毛角蛋白为例，其半胱氨酸含量约占所有氨基酸总量的10-30％，并通过二硫键的形式构成稳定的空间立体网状结构。此外，大量研究表明，角蛋白是一种生物相容性好且不被机体免疫排斥的优质生物材料。最为突出的是，经过对羊毛等来源的角蛋白进行氨基酸序列测定发现，其含有类细胞外基质的Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列，表现出良好的细胞粘附行为。目前，角蛋白已被研究用于创伤敷料、人造骨以及神经修复等方面，且有部分产品被应用于临床。
近几年已有研究报道角蛋白水凝胶的制备方法。这些方法有的成胶时间长，需10几个小时或几天时间；有的方法所得的角蛋白水凝胶力学强度低；有的方法需要借助有毒的化学交联剂，如戊二醛等，才能形成三维交联网络结构。这些问题都在一定程度上制约了角蛋白水凝胶的深层次应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可光交联水凝胶及其制备方法，该水凝胶成胶时间短，力学强度高，并可用于体内注射成胶，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。
本发明的一种可光交联水凝胶，所述水凝胶的基材包括角蛋白，所述角蛋白中含有多个自由巯基。
所述角蛋白来源于人发、羊毛、家禽羽毛、牛角或指甲等含有角蛋白的材料。
所述基材为角蛋白或与其它无机或有机材料组成的复合物。
本发明的一种可光交联水凝胶的制备方法，包括：
将角蛋白按质量浓度5-20％溶于缓冲溶液中，然后加入占角蛋白质量5-20％的光引发剂，50℃-60℃充分溶解后置于紫外灯下照射，形成可光交联水凝胶。
所述光引发剂为Irgacure2959。
另外加入占角蛋白质量0.5-3％的还原剂，促使角蛋白中固有的二硫键断裂形成新的自由巯基，达到缩短成胶时间和提高凝胶力学强度的效果。
所述还原剂为半胱氨酸、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫醇或焦亚硫酸钠，或者具有还原性的角蛋白或肽，或者其它具有还原性的蛋白质或肽等能够引发二硫键断裂并形成自由巯基的物质。
本发明成胶过程无需借助任何化学交联剂，充分利用角蛋白自身丰富的自由巯基在紫外照射下形成新的二硫键交联网络结构。
本发明成胶时间短，力学强度高，生物相容性好，并适用于体内注射成胶，是一种良好的可注射型生物医用水凝胶材料。
有益效果
(1)本发明制备过程避免使用任何化学交联剂，充分利用角蛋白自身丰富的自由巯基在紫外照射下形成新的二硫键交联网络结构；该方法条件温和，不涉及有毒试剂，生物相容性好；
(2)本发明的水凝胶材料成胶时间短，力学强度高，并可用于体内注射成胶，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。
附图说明
图1为实施例1所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图2为实施例2所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图3为实施例3所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图4为实施例4所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图5为实施例5所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图6为实施例6所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图7为实施例7所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；
图8为实施例8所得角蛋白凝胶的流变测试图；
图9为按照实施例8方法所得对照样凝胶的流变测试图；
图10为实施例8所得角蛋白凝胶的压缩强度测试图；
图11为按照实施例8方法所得对照样凝胶的压缩强度测试图；
图12为实施例9所得体内角蛋白凝胶可注射图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
向2mL的PBS缓冲液中加入0.0005g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.1g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在4天内形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图1。
实施例2
向2mL的PBS缓冲液中加入0.003g的二硫苏糖醇粉末，再加入0.01g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.1g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在50min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图2。
实施例3
向2mL的PBS缓冲液中加入0.003g的谷胱甘肽粉末，再加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.2g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在20min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图3。
实施例4
向2mL的PBS缓冲液中加入0.0045g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.3g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在15min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图4。
实施例5
向2mL的PBS缓冲液中加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.3g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在10h形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图5。
实施例6
向2mL的PBS缓冲液中加入0.006g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.4g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在5min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图6。
实施例7
向2mL的PBS缓冲液中加入0.02g的Irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.4g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在20min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图7。
实施例8
为了突出溶解过程中添加还原剂对提高材料力学强度的显著作用，按照实施例4和5中所述的制备方法制备角蛋白凝胶，并对其材料强度进行测试。
分别对实施例4和5中所述的凝胶进行流变学测试，结果如图8和图9所示。很明显，实施例4中引入一定量的还原剂，所得凝胶的G’值显著高于实施例5中所得的凝胶，说明引入一定量的还原剂能够显著提高角蛋白凝胶的力学强度。
分别对实施例4和5中所述的凝胶进行压缩强度的测试，结果如图10和图11所示。实施例4中所得的凝胶的压缩强度达到85kPa以上，而实施例5中所得的凝胶仅为45kPa。以上结果均表明，引入一定量的还原剂能够有效提高角蛋白凝胶的力学强度。
实施例9
按照实施例4中所述的制备方法制备角蛋白凝胶，吸取200μL注射到小白鼠的背部，如图12所示，紫外灯下照15min后发现在小鼠背部皮下形成凝胶块。由此可知，本发明所提供的可光交联水凝胶的制备方法可用于体内注射成胶。

Claims (7)

1.一种可光交联水凝胶，其特征在于：所述水凝胶的基材包括角蛋白，所述角蛋白中含有多个自由巯基。
2.根据权利要求1所述的一种可光交联水凝胶，其特征在于：所述角蛋白来源于人发、羊毛、家禽羽毛、牛角或指甲。
3.根据权利要求1所述的一种可光交联水凝胶，其特征在于：所述基材为角蛋白或其复合物。
4.一种可光交联水凝胶的制备方法，包括：
将角蛋白按质量浓度5-20％溶于缓冲溶液中，然后加入占角蛋白质量5-20％的光引发剂，50℃-60℃充分溶解后置于紫外灯下照射，形成可光交联水凝胶。
5.根据权利要求4所述的一种可光交联水凝胶的制备方法，其特征在于：所述光引发剂为Irgacure2959。
6.根据权利要求4所述的一种可光交联水凝胶的制备方法，其特征在于：另外加入占角蛋白质量0.5-3％的还原剂。
7.根据权利要求6所述的一种可光交联水凝胶的制备方法，其特征在于：所述还原剂为半胱氨酸、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫醇或焦亚硫酸钠。
CN201710409811.0A 2017-06-02 2017-06-02 一种可光交联水凝胶及其制备方法 Active CN107043467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710409811.0A CN107043467B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种可光交联水凝胶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710409811.0A CN107043467B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种可光交联水凝胶及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107043467A true CN107043467A (zh) 2017-08-15
CN107043467B CN107043467B (zh) 2020-06-19

Family

ID=59546337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710409811.0A Active CN107043467B (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种可光交联水凝胶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107043467B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108220223A (zh) * 2017-12-30 2018-06-29 深圳溪谷能源科技有限公司 以水凝胶膜为基底的生物芯片及其制备方法
CN109141693A (zh) * 2018-06-25 2019-01-04 厦门大学 一种柔性压力传感器及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026570A1 (en) * 1997-11-26 1999-06-03 Keraplast Technologies, Ltd. Method of cross-linking keratin-based films, sheets, and bulk materials
CN1960736A (zh) * 2004-02-27 2007-05-09 海德罗默公司 抗感染水凝胶组合物
CN101065420A (zh) * 2004-12-01 2007-10-31 帝人特瓦隆有限公司 产生还原剂含量低的角蛋白的方法及其产品
CN102120753A (zh) * 2010-12-23 2011-07-13 暨南大学 一种改性角蛋白材料及其制备方法和应用
CN102952246A (zh) * 2011-08-18 2013-03-06 香港理工大学 角蛋白肽修饰的聚乙二醇水凝胶，其制备方法与应用
CN103588981A (zh) * 2013-09-27 2014-02-19 西北师范大学 酶解角蛋白基高分子水凝胶的制备及作为药物载体的应用
US20140349933A1 (en) * 2011-11-04 2014-11-27 Agency For Science, Technology And Research Self-assembled composite ultrasmall peptide-polymer hydrogels
CN104861179A (zh) * 2015-06-03 2015-08-26 西北师范大学 一种羽毛角蛋白-海藻酸钠复合高分子双敏感水凝胶的制备及作为药物载体的应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026570A1 (en) * 1997-11-26 1999-06-03 Keraplast Technologies, Ltd. Method of cross-linking keratin-based films, sheets, and bulk materials
CN1960736A (zh) * 2004-02-27 2007-05-09 海德罗默公司 抗感染水凝胶组合物
CN101065420A (zh) * 2004-12-01 2007-10-31 帝人特瓦隆有限公司 产生还原剂含量低的角蛋白的方法及其产品
CN102120753A (zh) * 2010-12-23 2011-07-13 暨南大学 一种改性角蛋白材料及其制备方法和应用
CN102952246A (zh) * 2011-08-18 2013-03-06 香港理工大学 角蛋白肽修饰的聚乙二醇水凝胶，其制备方法与应用
US20140349933A1 (en) * 2011-11-04 2014-11-27 Agency For Science, Technology And Research Self-assembled composite ultrasmall peptide-polymer hydrogels
CN103588981A (zh) * 2013-09-27 2014-02-19 西北师范大学 酶解角蛋白基高分子水凝胶的制备及作为药物载体的应用
CN104861179A (zh) * 2015-06-03 2015-08-26 西北师范大学 一种羽毛角蛋白-海藻酸钠复合高分子双敏感水凝胶的制备及作为药物载体的应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DANIAL BARATI等: ""Synthesis and Characterization of Photo-Cross-Linkable Keratin Hydrogels for Stem Cell Encapsulation"", 《BIOMACROMOLECULES》 *
HELAN XU等: ""Green and Sustainable Technology for High-Efficiency and Low-Damage Manipulation of Densely Crosslinked Proteins"", 《ACS OMEGA》 *
K. WANG等: ""Extracting keratin from wool by using L-cysteine"", 《GREEN CHEMISTRY》 *
王雪燕等: "《蛋白质化学及其应用》", 31 January 2016, 中国纺织出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108220223A (zh) * 2017-12-30 2018-06-29 深圳溪谷能源科技有限公司 以水凝胶膜为基底的生物芯片及其制备方法
CN108220223B (zh) * 2017-12-30 2021-07-23 深圳溪谷能源科技有限公司 以水凝胶膜为基底的生物芯片及其制备方法
CN109141693A (zh) * 2018-06-25 2019-01-04 厦门大学 一种柔性压力传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107043467B (zh) 2020-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Naomi et al. Current insights into collagen type I
US20220257825A1 (en) Use of self-assembling polypeptides as tissue adhesives
CN103732614B (zh) 结合透明质酸的合成肽聚糖、制备和使用方法
CN104144714B (zh) 交联透明质酸线及其使用方法
US7781158B2 (en) Method of separating collagen from the various animal tissues for producing collagen solution and product using the same
CN107708675A (zh) 假塑性微凝胶基质的组合物和试剂盒
CN103524759B (zh) 动物角蛋白基高分子水凝胶的制备方法及作为药物载体的应用
RU2672593C1 (ru) Коллагеновая губка
KR20200032103A (ko) 실크-히알루론산 기초 조직 충전제 및 이를 사용하는 방법
CN106867000A (zh) 一种促进角蛋白溶解及增强角蛋白材料强度的方法
CN106492276B (zh) 一种可注射用美容整形材料及其制备方法
CN102416195B (zh) 胶原蛋白海绵的制备方法
US7732574B2 (en) Wound care products containing keratin
JP2015529268A5 (zh)
CN104739657B (zh) 一种含纳米金的胶原凝胶及其制备方法和用途
CN107213028A (zh) 一种胶原蛋白植入剂及其制备方法
Kim et al. Human collagen isolated from adipose tissue
CN107043467A (zh) 一种可光交联水凝胶及其制备方法
CN105688288B (zh) 胶原基复合口腔修复膜材料及其制备方法
CN105497985B (zh) 一种脱细胞角膜基质复水保水快速复明的方法
Timorshina et al. Sustainable applications of animal waste proteins
Hara Effects of ionizing radiation on biopolymers for applications as biomaterials
CN103588981B (zh) 酶解角蛋白基高分子水凝胶的制备及作为药物载体的应用
CN108472413A (zh) 包含蛋白质-聚合物缀合物的无有机溶剂组合物及其用途
Jaiswar et al. Functionalization of biopolymer keratin-based biomaterials and their absorption properties for healthcare application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant