CN108014376A - 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108014376A
CN108014376A CN201711153402.5A CN201711153402A CN108014376A CN 108014376 A CN108014376 A CN 108014376A CN 201711153402 A CN201711153402 A CN 201711153402A CN 108014376 A CN108014376 A CN 108014376A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
chitosan
solution
polysaccharide
dissolved
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.)
Pending
Application number
CN201711153402.5A
Other languages
English (en)
Inventor
贺成
徐守萍
文秀芳
皮丕辉
程江
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.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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 South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201711153402.5A priority Critical patent/CN108014376A/zh
Publication of CN108014376A publication Critical patent/CN108014376A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/60—Materials for use in artificial skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/20—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
    • C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
    • C08B37/003—Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/23—Carbohydrates
    • A61L2300/232—Monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, lipopolysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
    • A61L2300/602—Type of release, e.g. controlled, sustained, slow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/06—Flowable or injectable implant compositions

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法。所述多糖水凝胶由第一组分和第二组分分别用溶剂溶解后混配形成；所述第一组分为壳聚糖或者壳聚糖衍生物经过甜菜碱迈克尔加成后的产物；所述第二组分为具有邻羟基结构的多糖经过氧化处理后的产物；第一组分用溶剂溶解后浓度为2wt％～6wt％；第二组分用溶剂溶解后的浓度为2wt％～15wt％；本发明甜菜碱修饰壳聚糖方法为迈克尔加成，该反应条件温和、操作简单，并且接枝率高；本发明制备的水凝胶具有可注射性、修复性、抗蛋白吸附以及生物降解等良好性能。

Description

一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水凝胶，特别是涉及一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法，属于天然生物高分子材料领域。
背景技术
水凝胶是一类含水的三维网络高分子材料，正因为其高含水率，具有一定的生物适用性，因此被广泛的应用在组织培养，药物释放等生物医药领域。然而，常规的化学单体双键交联成的水凝胶具有一定的潜在毒性，与此同时，生物材料的研究也逐渐拓宽了水凝胶的原料来源。
中国发明专利申请CN103910894A公开了通过丙烯酸和壳聚糖的迈克尔加成反应合成水溶的壳聚糖，再与氧化海藻酸钠以及己二酸二酰肼同时交联得到一类可注射的多糖愈合凝胶的方法，该方法尽管该法应用了迈克尔加成，但是其改性小分子是有毒性的，而且在交联时也加入了小分子交联剂，在注射过程中难免会扩散到组织中。
中国发明专利2013102311693公开了一种高强度的抗蛋白质吸附水凝胶及其制备方法和应用；该发明采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法，以磺酸甜菜碱及另一种聚合单体为原料，在纳米添加剂及交联剂作用下聚合得到三维网状结构的水凝胶。该水凝胶具有较强的抗压性、应变性及阻抗蛋白质吸附性能，可应用于生物医用材料如人造软骨、隐形眼镜及药物释放载体等。但是，该凝胶因为是双键聚合，制备过程中必不可免会使用引发剂、交联剂以及RAFT试剂等毒性小分子，再者，双键聚合的凝胶因为其高交联度，在体内稳定存在难以降解，在组织以及生物应用中有生理排斥等潜在危害。
发明内容
本发明的目的之一是提出一种可以改善壳聚糖水溶性的方法。利用迈克尔加成反应将甜菜碱修饰到壳聚糖上，这种改性手段克服了壳聚糖只溶于酸性溶液的缺点，可获得一种水溶性壳聚糖。
本发明的另一目的是得到一种多糖高分子水凝胶，该水凝胶具有可注射性、修复性、抗蛋白吸附以及可降解等良好性能。
壳聚糖是由几丁质脱乙酰化得来的一种多糖聚合物，年产量巨大。由于壳聚糖的分子链段结构，使得壳聚糖具有天然的抗菌性能。壳聚糖在体内也可以被酶水解成小分子从而代谢排出；另外，壳聚糖也具有多重的响应刺激性。因此，壳聚糖是具有低成本又兼有良好生物适应性的生物功能高分子材料。但是，因为壳聚糖自身分子间和分子内强烈的氢键作用，使得壳聚糖不溶于水以及大部分有机溶剂，溶解性差成了限制壳聚糖应用的主要因素。
甜菜碱是一类带有正负电荷的生物活性小分子。研究发现，带有正负电荷的两性离子聚合物材料，可以通过带电荷的端基官能团的离子溶剂化作用和氢键作用，在材料表面形成一个结合水的边界层。因此，可以实现该聚合物材料的自清洁、抗蛋白吸附功能。因为这种独特的性能，它们具有广大的应用前景，尤其在生物医药材料领域，比如用作高效的基因载体和抗菌自洁材料等。在作为水凝胶的体内植入时，因为这种抗蛋白吸附性能，可以有效防止组织蛋白的粘附，减少炎症等免疫症状，为临床手术提供极大便利。
迈克尔加成反应是由含有活泼H的化合物和α、β～不饱和化合物的加成反应。该反应条件温和，实施简单，接枝率高而且提纯高效。本发明将迈克尔加成用于壳聚糖的改性，可以实现甜菜碱对壳聚糖的修饰，从而可以将壳聚糖和甜菜碱两者的性质结合。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于：所述多糖水凝胶由第一组分和第二组分分别用溶剂溶解后混配形成；所述第一组分为壳聚糖或者壳聚糖衍生物经过甜菜碱迈克尔加成后的产物；所述第二组分为具有邻羟基结构的多糖经过氧化处理后的产物；
所述第一组分用溶剂溶解后浓度为2wt％～6wt％；所述第二组分用溶剂溶解后的浓度为2wt％～15wt％；所述溶剂为水、磷酸盐缓冲溶液或者生理盐水；
溶解后的第一组分和第二组分的体积比为9:1～1:9。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述第一组分通过如下方法制备：将壳聚糖或者壳聚糖衍生物溶解在酸性或中性溶液中，配成浓度为0.5wt％～5wt％的溶液；加热升温至40～80℃，通入惰性气体；按照壳聚糖脱乙酰糖环单元和甜菜碱小分子的摩尔比为1：0.5～1：10向配制的溶液中加入甜菜碱单体，反应10～100h，待反应体系降至室温，加入碳酸氢钠中和溶液中的酸，透析冻干即得到甜菜碱修饰的壳聚糖产物。
优选地，所述第二组分通过如下方法制备：具有邻羟基结构的多糖配成0.5wt％～5wt％的水溶液，按照多糖单元和高碘酸钠的摩尔比为1:0.5～1:2向溶液中加入高碘酸钠，避光下搅拌反应3～24h；然后加入过量于高碘酸钠的乙二醇继续反应0.5～2h，透析冻干，即得第二组分。
优选地，所述的壳聚糖或者壳聚糖衍生物为具有如下结构式中的一种或者多种：
所示结构中，x为乙酰化度；y为脱乙酰度；z为取代度；n＝0，1，2，3，4，5。
本发明壳聚糖衍生物包括羟乙基壳聚糖、羧化壳聚糖、磺化壳聚糖或季铵盐壳聚糖。
优选地，所述的壳聚糖或者壳聚糖衍生物的平均分子量为30000～700000g/mol，脱乙酰度为10％～95％，衍生物的取代度为5％～90％。
优选地，所述酸性或中性溶液为pH＝1～8的水溶液，所用酸为盐酸或者醋酸。
优选地，所述的甜菜碱为以下结构式中的一种或多种：
其中a＝1,2,3等自然数；b＝1,2,3等自然数；R为H或者甲基。
优选地，所述第二组分为氧化海藻酸钠、氧化纤维素、氧化淀粉、氧化糖原、氧化琼脂、氧化果胶、氧化明胶、氧化透明质酸钠、氧化葡聚糖和氧化硫酸软骨素中的一种或多种。
所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
1)第一组分制备：将壳聚糖或者壳聚糖衍生物溶解在酸性或中性溶液中，配成浓度为0.5wt％～5wt％的溶液；加热升温至40～80℃，通入惰性气体；按照壳聚糖脱乙酰糖环单元和甜菜碱小分子的摩尔比为1：0.5～1：10向配制的溶液中加入甜菜碱单体，反应10～100h，待反应体系降至室温，中和，透析冻干；
2)第二组分制备：具有邻羟基结构的多糖配成0.5wt％～5wt％的水溶液，按照多糖单元和高碘酸钠的摩尔比为1:0.5～1:2向溶液中加入高碘酸钠，避光下搅拌反应3～24h；加入过量于高碘酸钠的乙二醇继续反应0.5～2h，透析冻干；
3)混配：第一组分和第二组分分别用溶剂溶解后混配；所述第一组分用溶剂溶解后浓度为2wt％～6wt％；所述第二组分用溶剂溶解后的浓度为2wt％～15wt％；所述溶剂为水、磷酸盐缓冲溶液或者生理盐水；溶解后的第一组分和第二组分的体积比为9:1～1:9。
优选地，所述中和是加入碳酸氢钠中和溶液中的酸。
随着医疗水平的提高，为患者减少手术创口面积，或者定点药物释放等方式正在积极地被研究人员探索着。可注射性凝胶的出现是临床应用上的重大突破；同时，将自修复功能与注射性能相结合，将凝胶预备液注射进体内，再在体内重新成胶，这种原位成胶的方法可以有效的实现药物的释放以及创口的愈合等功效。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
1)现有技术制备的凝胶也具有良好的抗蛋白吸附等功能，但是因为其不能降解、缺乏修复和注射功能，仅仅只能用于人体外比如皮肤的医学组织应用。本发明水凝胶的性能测试结果证明，本发明制备的凝胶具有良好的抗蛋白吸附性能、降解性能、注射修复效果，能够实现药物缓释，弥补了现有凝胶技术的不足，可以应用于生物医药、组织培养以及体内原位给药等相关领域。
2)本发明壳聚糖或者壳聚糖衍生物经过甜菜碱迈克尔加成反应为一锅法，条件温和、操作简单；该甜菜碱修饰壳聚糖方法与传统甜菜碱接枝方式不同，灵活利用了迈克尔加成反应，实现了将甜菜碱接枝到壳聚糖上，把甜菜碱接枝到壳聚糖分子上，可以显著改善壳聚糖的水溶性。
3)本发明第一组分和第二组分都有较好的生物相适性，杂质少，减少免疫排斥，有利于后续的注射安全，同时壳聚糖还有杀菌性能。
4)甜菜碱基团具有两性离子结构，可以在凝胶表面形成一层水层，起到抗蛋白吸附作用，达到了抗蛋白吸附功效。
5)本发明体系的成胶机制是动态的席夫碱结构，可以在注射后依旧能重组成凝胶。
6)本发明制备的水凝胶，采用了廉价的壳聚糖和天然多糖为原料，适合量产。
附图说明
图1为实施例1的水凝胶扫描电镜图。
图2为实施例1制备的改性壳聚糖的红外光谱图。
图3为实施例制备的水凝胶的抗蛋白吸附图。
图4为实施例制备的水凝胶的降解情况。
图5为实施例1制备的水凝胶的药物释放行为。
图6为实施例1制备的水凝胶从切开、合拢到拉伸修复的图片。
图7为实施例1制备的水凝胶的注射性能示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但所述实施例不限制本发明的保护范围。
本发明涉及的甜菜碱改性壳聚糖可注射自修复抗蛋白吸附水凝胶可以按如下的方法制备，但本发明的权利要求并不受其限制。
实施例1
1.5g壳聚糖加入含有1g乙酸的50ml溶液中，室温搅拌12h得到均一的溶液。上述溶液倒入100ml的圆底烧瓶中，加入15g的3-((2-(丙烯酰氧基)乙基)二甲基铵基)丙烷磺酸内盐甜菜碱，通入N2，70℃水浴搅拌48h，加入碳酸氢钠中和体系中的酸到pH为7，得到的溶液透析冻干，得到第一组分。
在500ml三口瓶中加入水200ml、海藻酸钠3g，室温搅拌12h得到海藻酸钠溶液，再加入高碘酸钠6.37g，室温避光条件下搅拌12小时，加入3ml乙二醇继续搅拌1小时。将反应液透析冻干，得到第二组分。
分别将第一组分和第二组分用水溶解配成5wt％和15wt％的溶液，将两种溶液按体积比1:1混合，经过搅拌，静置成水凝胶。
从定义出发，水凝胶是一类富含水的三维网络聚合物。将制备的水凝胶冷冻干燥，对得到的干凝胶样品切片、喷金，用电镜仪器Zeiss Merlin测定样品的微观结构形貌可得到扫描电镜图。从图1中可以明显看到凝胶内部呈现的不规则的片层以及孔状结构，从物理微观结构上即符合水凝胶的含义。
样品通过溴化钾压片法，用Bruker Vector 33红外光谱仪对样品扫描得到对应的红外特征吸收光谱图。由图2可知，CS1为原料壳聚糖，CS2为反应后的壳聚糖，对比两条光谱曲线，在改性壳聚糖的光谱上出现了两个新的吸收峰，分别在1734cm-1和1204cm-1，这两个峰分别对应磺酸甜菜碱上的羧酸酯基团和磺酸基团的特征峰，证明甜菜碱已经成功接枝上了壳聚糖。
实施例2
0.5g壳聚糖加入含有0.25g乙酸的50ml溶液中，室温搅拌6h得到均一澄清的溶液。上述溶液倒入100ml的圆底烧瓶中，加入0.89g的2-羧基-N,N-二甲基-N-(2-(丙烯酰氧基)乙基)乙铵内盐甜菜碱，通入N2，40℃水浴搅拌反应96h，加入碳酸氢钠中和体系到pH为7，透析冻干，得到第一组分。
在500ml三口瓶中加入水200ml、海藻酸钠1g，室温搅拌3h得到海藻酸钠溶液，再加入高碘酸钠1.4g，室温避光条件下搅拌3小时，加入0.5ml乙二醇搅拌0.5小时。透析冻干，得到第二组分。
分别将第一组分和第二组分用水溶解配成2wt％和10wt％的溶液，将两种溶液按体积比8:2混合，经过搅拌，静置得水凝胶。
实施例3
1g壳聚糖加入含有1g乙酸的50ml溶液中，室温搅拌6h得到均一澄清的溶液。上述溶液倒入100ml的三口瓶中，加入4.63g 3-((2-(丙烯酰氧基)乙基)二甲基铵基)丙烷磺酸内盐甜菜碱，通入N2，50℃水浴搅拌反应72h，加入碳酸氢钠中和体系至pH为7，透析冻干，得到第一组分。
在500ml三口瓶中加入水200ml、海藻酸钠2g，室温搅拌6h得到海藻酸钠溶液，再加入高碘酸钠2.83g，室温避光条件下搅拌反应24小时，加入2ml乙二醇继续搅拌2小时，透析冻干，得到第二组分。
分别将第一组分和第二组分用水溶解配成3wt％和5wt％的溶液，将两种溶液按体积比2:8混合，经过搅拌，静置成胶。
下面对上述实施例所得水凝胶性能进行表征。
1)抗蛋白吸附功能测试
抗蛋白吸附性能测试按照如下方法：制备的凝胶在10ml PBS溶液中浸泡30min，再转移至10ml 1mg/ml的牛血清蛋白(BSA)溶液中浸泡24h，在595nm处测出溶液的紫外吸光度(SHIMADZU UV-2450)，根据标准曲线计算吸附后溶液相应的浓度，通过Origin数据处理软件做出图3。蛋白质吸附量计算如下：
其中，C前为浸泡前的牛血清蛋白溶液的浓度，C后为浸泡后的牛血清蛋白溶液的浓度。
从图3中可以看到，原料壳聚糖在同样的浓度和吸附环境中对蛋白质的吸附量最高，约为11.5％，而实施例的3种凝胶的蛋白吸附量分别为5.4％、4.4％、3.7％。显然，水凝胶降低了蛋白质吸附量的两到三倍。因为制备的凝胶第一组分中接枝有甜菜碱的两性离子基团结构，第二组分中含有羧酸根基团，两者都能和水分子结合构成水层，从而可以有效阻隔蛋白质对凝胶表面的吸附。由此可见，该凝胶能有效降低蛋白质的吸附作用，具有较好的抗蛋白吸附功能。
2)降解性能测试
凝胶的降解性能测试方法如下：制备的凝胶浸泡在1mg/ml的溶菌酶溶液中，隔一定时间称量凝胶的剩余质量，通过下式可以得到凝胶的比重变化：
其中，Wt为降解后的凝胶质量，W0为凝胶的初始质量。
由图4可知，凝胶浸泡在溶菌酶溶液中，比重变化都呈现出先增加后降低直至变为零的过程。比重上升是因为凝胶浸泡的一个溶胀吸水的过程，此时凝胶的溶胀影响大于溶菌酶的降解影响，各个实施例的凝胶分别在1～2天内达到了最大溶胀，此时的比重分别为263％、294％和327％，随后主要在酶的作用下比重开始降低，实施例1最快降解，其次是实施例2，最后是实施例3，最终在第四天、第五天所有凝胶完全降解。凝胶是用天然多糖材料制备，多糖在自然界中能被缓慢的分解掉。人体组织中富含生物酶，在酶的催化作用下，多糖可以被酶逐渐水解成小分子，使得凝胶的结构被破坏分解，从而排出人体组织。由此体现了凝胶较快的体内降解性能。
3)药物缓释性能测试
以盐酸四环素作为药物，在实施例1中分别将第一组分和第二组分用水溶解后，取200mg盐酸四环素加入第一组分的溶液中，再将两种溶液按比例混合，经过搅拌，静置成水凝胶。
将制备的水凝胶浸泡在不同酸碱性的缓冲溶液中，自浸泡开始计时，分别隔1、2、3、4、5、6、7、9、11、20、29小时取样，在357nm处测定紫外吸光度，根据标准曲线计算药物释放量。从图5的释放曲线可知，pH＝4的酸性条件下，药物释放量高达80％，而中性和pH＝9的碱性条件下分别为50％和18％。盐酸四环素作为药物模型，该类药物含有氨基官能团，可以和凝胶中的醛基形成席夫碱，从而被捕捉在凝胶内部，这类化学负载药物的方法优于物理负载，可以有效避免凝胶在刚开始释放药物时的突释现象。在不同pH环境下，席夫碱的结合作用变化，使得药物从凝胶体系中释放出来。其中，凝胶在酸性条件下的释放量要高于碱性环境，而且对于药物的突释现象有明显缓解，因而可以将该凝胶应用于人体的药物缓释方面。
4)修复性能测试
图6为实施例1制备的水凝胶从切开、合拢到拉伸修复的图片。用刀片将实施例1制备好的水凝胶从中间对半切开，将切开的水凝胶从切口处合拢，在室温下放置4h，经过修复后的凝胶以切口的纵向方向拉伸。图6显示水凝胶切口拉伸不裂开。凝胶的修复性能是可能由于凝胶形成的席夫碱键，该类化学键是动态共价键，在中性条件下可以实现成键和断键的可逆变化，从而可以使凝胶无需外力作用即展现出良好的修复性能。
5)注射性能测试
小瓶倒立法是中外研究注射性能的经典方法。用1ml规格的注射器抽取0.5ml第一组分和第二组分混合后的预凝胶液，随后缓慢注射至透明小瓶中，注射完后在37℃密封放置5min，将小瓶倒立放置观察是否有倒流现象。从图7的示意图可以看到，注射后的小瓶在室温下放置，将小瓶倒立后放置一分钟，没有液体倒流即说明预凝胶液已经形成凝胶。小瓶倒置测试说明了凝胶具有的良好注射性能。
从原料来说，现有技术大多采用小分子单体通过双键交联制备水凝胶，这类水凝胶因为多种小分子的添加使得凝胶有毒性，不适用于生物医学领域。而本发明所用的材料为天然多糖，价廉易得，绿色环保。
从制备过程而言，现有技术用双键聚合的方式制备水凝胶，因为交联度强，使得凝胶内部的有毒小分子无法排除干净，并且凝胶难以降解。本发明动态席夫碱成胶的过程简单，提纯方便干净，基本可以实现无毒无污染，是对环境友好的材料。
从性能测试结果来看，尽管现有技术制备的凝胶也具有良好的抗蛋白吸附等功能，但是因为其不能降解、缺乏修复和注射手段，仅仅只能用于人体外比如皮肤的医学组织应用。本发明水凝胶的性能测试结果可以充分体现本发明制备的凝胶具有良好的抗蛋白吸附性能、降解性能、注射修复效果，能够实现药物缓释，弥补了现有凝胶技术的不足，可以应用于生物医药、组织培养以及体内原位给药等相关领域。

Claims (10)

1.一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于：所述多糖水凝胶由第一组分和第二组分分别用溶剂溶解后混配形成；所述第一组分为壳聚糖或者壳聚糖衍生物经过甜菜碱迈克尔加成后的产物；所述第二组分为具有邻羟基结构的多糖经过氧化处理后的产物；
所述第一组分用溶剂溶解后浓度为2wt％～6wt％；所述第二组分用溶剂溶解后的浓度为2wt％～15wt％；所述溶剂为水、磷酸盐缓冲溶液或者生理盐水；
溶解后的第一组分和第二组分的体积比为9:1～1:9。
2.根据权利要求1所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述第一组分通过如下方法制备：将壳聚糖或者壳聚糖衍生物溶解在酸性或中性溶液中，配成浓度为0.5wt％～5wt％的溶液；加热升温至40～80℃，通入惰性气体；按照壳聚糖脱乙酰糖环单元和甜菜碱小分子的摩尔比为1：0.5～1：10向配制的溶液中加入甜菜碱单体，反应10～100h，待反应体系降至室温，加入碳酸氢钠中和溶液中的酸，透析冻干，得到第一组分。
3.根据权利要求1所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述第二组分通过如下方法制备：具有邻羟基结构的多糖配成0.5wt％～5wt％的水溶液，按照多糖单元和高碘酸钠的摩尔比为1:0.5～1:2向溶液中加入高碘酸钠，避光下搅拌反应3～24h；然后加入过量于高碘酸钠的乙二醇继续反应0.5～2h，透析冻干，即得第二组分。
4.根据权利要求2所述的凝胶及其制备方法，其特征在于，所述的壳聚糖或者壳聚糖衍生物为具有如下结构式中的一种或者多种：
所示结构中，x为乙酰化度；y为脱乙酰度；z为取代度；n＝0，1，2，3，4，5。
5.根据权利要求2所述的根据权利要求1所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述的壳聚糖或者壳聚糖衍生物的平均分子量为30000～700000g/mol，脱乙酰度为10％～95％，衍生物的取代度为5％～90％。
6.根据权利要求2所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述酸性或中性溶液为pH＝1～8的水溶液，所用酸为盐酸或者醋酸。
7.根据权利要求2所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述的甜菜碱为以下结构式中的一种或多种：
其中a＝1,2,3等自然数；b＝1,2,3等自然数；R为H或者甲基。
8.根据权利要求3所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶，其特征在于，所述第二组分为氧化海藻酸钠、氧化纤维素、氧化淀粉、氧化糖原、氧化琼脂、氧化果胶、氧化明胶、氧化透明质酸钠、氧化葡聚糖和氧化硫酸软骨素中的一种或多种。
9.权利要求1所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)第一组分制备：将壳聚糖或者壳聚糖衍生物溶解在酸性或中性溶液中，配成浓度为0.5wt％～5wt％的溶液；加热升温至40～80℃，通入惰性气体；按照壳聚糖脱乙酰糖环单元和甜菜碱小分子的摩尔比为1：0.5～1：10向配制的溶液中加入甜菜碱单体，反应10～100h，待反应体系降至室温，中和，透析冻干；
2)第二组分制备：具有邻羟基结构的多糖配成0.5wt％～5wt％的水溶液，按照多糖单元和高碘酸钠的摩尔比为1:0.5～1:2向溶液中加入高碘酸钠，避光下搅拌反应3～24h；加入过量于高碘酸钠的乙二醇继续反应0.5～2h，透析冻干；
3)混配：第一组分和第二组分分别用溶剂溶解后混配；所述第一组分用溶剂溶解后浓度为2wt％～6wt％；所述第二组分用溶剂溶解后的浓度为2wt％～15wt％；所述溶剂为水、磷酸盐缓冲溶液或者生理盐水；溶解后的第一组分和第二组分的体积比为9:1～1:9。
10.根据权利要求1所述的甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶的制备方法，其特征在于，所述中和是加入碳酸氢钠中和溶液中的酸。
CN201711153402.5A 2017-11-20 2017-11-20 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法 Pending CN108014376A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711153402.5A CN108014376A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711153402.5A CN108014376A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108014376A true CN108014376A (zh) 2018-05-11

Family

ID=62079821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711153402.5A Pending CN108014376A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108014376A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110464869A (zh) * 2019-07-29 2019-11-19 亳州市新健康科技有限公司 一种自增稠骨创面止血凝胶的制备方法及其应用
CN112007209A (zh) * 2020-04-29 2020-12-01 浙江大学 一种cs/qcs/两性离子/环氧化两性离子抗杀释菌一体化凝胶敷料及其制备方法
CN112425610A (zh) * 2021-01-22 2021-03-02 深圳市洛奇机电科技有限公司 一种防治君子兰叶斑病的农药悬浮剂的制备系统及其应用
CN113413483A (zh) * 2021-08-20 2021-09-21 四川大学 一种粘附-非粘附一体化水凝胶及其制备方法和在伤口修复中的应用
CN114702606A (zh) * 2022-02-18 2022-07-05 深圳华源再生医学有限公司 一种两性离子修饰的多糖类聚合物及其制备方法与应用
CN114848582A (zh) * 2022-05-05 2022-08-05 江苏春申堂生物科技有限公司 一种治疗女性外阴白斑的缓释型抗菌凝胶及其制备方法
CN114940764A (zh) * 2022-05-17 2022-08-26 广州创赛生物医用材料有限公司 一种水凝胶及其制备方法和应用
CN115068668A (zh) * 2022-06-08 2022-09-20 湖南工业大学 一种核壳结构多孔水凝胶栓塞微球及其制备方式
CN115260315A (zh) * 2022-08-12 2022-11-01 深圳华源再生医学有限公司 一种纤维素的改性方法、甜菜碱型两性纤维素及其制备方法与应用
CN115785302A (zh) * 2022-12-23 2023-03-14 科之杰新材料集团有限公司 一种抗菌单体、混凝土外加剂用防腐剂及其制备方法
CN115887732A (zh) * 2022-12-23 2023-04-04 稳得希林(沈阳)生物科技有限公司 一种医用明胶敷料及其制备方法
CN116251224A (zh) * 2023-05-16 2023-06-13 江苏正大天创生物工程有限公司 一种乳铁蛋白凝胶敷料及其应用
CN116375905A (zh) * 2022-08-18 2023-07-04 杭州协合医疗用品有限公司 一种醛基化甲壳素及其衍生物的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103274955A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 华南理工大学 含反应性基团的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法
CN103774287A (zh) * 2014-01-17 2014-05-07 北京化工大学常州先进材料研究院 一种通过光聚合反应增强壳聚糖衍生物纳米纤维的方法
CN104479150A (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 上海大学 多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103274955A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 华南理工大学 含反应性基团的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法
CN103774287A (zh) * 2014-01-17 2014-05-07 北京化工大学常州先进材料研究院 一种通过光聚合反应增强壳聚糖衍生物纳米纤维的方法
CN104479150A (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 上海大学 多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟晓荣: "壳聚糖基衍生物的合成、表征与体外应用评价", 《中国博士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》 *
董伟等: "壳聚糖－磺酸甜菜碱对人肝癌HepG－2细胞的siRNA递送实验研究", 《遵义医学院学报》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110464869B (zh) * 2019-07-29 2021-11-19 亳州市新健康科技有限公司 一种自增稠骨创面止血凝胶的制备方法及其应用
CN110464869A (zh) * 2019-07-29 2019-11-19 亳州市新健康科技有限公司 一种自增稠骨创面止血凝胶的制备方法及其应用
CN112007209A (zh) * 2020-04-29 2020-12-01 浙江大学 一种cs/qcs/两性离子/环氧化两性离子抗杀释菌一体化凝胶敷料及其制备方法
CN112425610A (zh) * 2021-01-22 2021-03-02 深圳市洛奇机电科技有限公司 一种防治君子兰叶斑病的农药悬浮剂的制备系统及其应用
CN113413483A (zh) * 2021-08-20 2021-09-21 四川大学 一种粘附-非粘附一体化水凝胶及其制备方法和在伤口修复中的应用
CN113413483B (zh) * 2021-08-20 2022-07-05 四川大学 一种粘附-非粘附一体化水凝胶及其制备方法和在伤口修复中的应用
CN114702606A (zh) * 2022-02-18 2022-07-05 深圳华源再生医学有限公司 一种两性离子修饰的多糖类聚合物及其制备方法与应用
CN114848582B (zh) * 2022-05-05 2023-08-08 江苏春申堂药业有限公司 一种治疗女性外阴白斑的缓释型抗菌凝胶及其制备方法
CN114848582A (zh) * 2022-05-05 2022-08-05 江苏春申堂生物科技有限公司 一种治疗女性外阴白斑的缓释型抗菌凝胶及其制备方法
CN114940764A (zh) * 2022-05-17 2022-08-26 广州创赛生物医用材料有限公司 一种水凝胶及其制备方法和应用
CN115068668A (zh) * 2022-06-08 2022-09-20 湖南工业大学 一种核壳结构多孔水凝胶栓塞微球及其制备方式
CN115260315A (zh) * 2022-08-12 2022-11-01 深圳华源再生医学有限公司 一种纤维素的改性方法、甜菜碱型两性纤维素及其制备方法与应用
CN116375905A (zh) * 2022-08-18 2023-07-04 杭州协合医疗用品有限公司 一种醛基化甲壳素及其衍生物的制备方法
CN115785302A (zh) * 2022-12-23 2023-03-14 科之杰新材料集团有限公司 一种抗菌单体、混凝土外加剂用防腐剂及其制备方法
CN115887732A (zh) * 2022-12-23 2023-04-04 稳得希林(沈阳)生物科技有限公司 一种医用明胶敷料及其制备方法
CN115887732B (zh) * 2022-12-23 2024-03-22 稳得希林(沈阳)生物科技有限公司 一种医用明胶敷料及其制备方法
CN115785302B (zh) * 2022-12-23 2024-04-16 科之杰新材料集团有限公司 一种抗菌单体、混凝土外加剂用防腐剂及其制备方法
CN116251224A (zh) * 2023-05-16 2023-06-13 江苏正大天创生物工程有限公司 一种乳铁蛋白凝胶敷料及其应用
CN116251224B (zh) * 2023-05-16 2023-09-12 江苏正大天创生物工程有限公司 一种乳铁蛋白凝胶敷料及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108014376A (zh) 一种甜菜碱修饰壳聚糖的多糖水凝胶及其制备方法
Jayakumar et al. Novel carboxymethyl derivatives of chitin and chitosan materials and their biomedical applications
Thambi et al. Stimuli‐sensitive injectable hydrogels based on polysaccharides and their biomedical applications
JP4606586B2 (ja) 機能性キトサン誘導体
Gomez d’Ayala et al. Marine derived polysaccharides for biomedical applications: chemical modification approaches
Kozlowska et al. Carrageenan-based hydrogels: Effect of sorbitol and glycerin on the stability, swelling and mechanical properties
Martínez-Mejía et al. Synthesis of new chitosan-glutaraldehyde scaffolds for tissue engineering using Schiff reactions
Wittaya-areekul et al. Development and in vitro evaluation of chitosan–polysaccharides composite wound dressings
CN105142399B (zh) 生物相容的和生物可吸收的衍生的壳聚糖组合物
US20070254016A1 (en) Biodegradable foam
CN112341640B (zh) 一种生物基自修复水凝胶及其制备方法和应用
RU2007128946A (ru) Способные к биодеградации суперабсорбирующие полимерные гидрогели и способ их получения
Tao et al. Carboxymethylated hyperbranched polysaccharide: Synthesis, solution properties, and fabrication of hydrogel
CN110498936A (zh) 一种透明质酸钠/海藻酸钠注射型复合水凝胶的制备方法
US11787922B2 (en) Hydrophobically modified chitosan compositions
Horn et al. Influence of collagen addition on the thermal and morphological properties of chitosan/xanthan hydrogels
JP5907489B2 (ja) キトサン誘導体から得られるヒドロゲル
CN107501577B (zh) 一种可降解原位凝胶的制备方法
Iswariya et al. Design and development of a piscine collagen blended pullulan hydrogel for skin tissue engineering
CN114213679A (zh) 一种海藻多糖基水凝胶及其制备方法与应用
Lim et al. Biomedical-grade chitosan in wound management and its biocompatibility in vitro
Mutreja et al. Chitin and chitosan: Current status and future opportunities
Farrukh et al. Synthesis and applications of carbohydrate-based hydrogels
Aisverya et al. Pullulan-based bionanocomposites in tissue engineering and regenerative medicine
Martínez-Ibarra et al. Chitosan and xyloglucan-based hydrogels: an overview of synthetic and functional utility

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180511

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication