CN108421042B - 一种光控降解水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光控降解水凝胶的制备方法，属于生物高分子技术领域，操作简单，利用糖聚合物、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠、光敏剂和抗坏血酸混合制成，具有可注射性和良好的生物相容性；可以通过改变各组分的含量来调控凝胶性能；通过调节糖聚合物中糖的构型来改变水凝胶的强度，制得的水凝胶具有高强度性和自愈合性；在近红外光照射下可快速降解，具备光控降解性；为抗癌药物的可控缓释提供新载体，在生物医学领域具有极为重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于生物高分子材料技术领域，具体地涉及一种光控降解的水凝胶的制备方法。
背景技术
水凝胶是一类具有三维网状结构的新型多功能高分子材料，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶，物理凝胶是通过物理作用力，如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶；化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的，又称为真凝胶。首先，水凝胶具有类似于细胞外基质的性质，比其他任何合成的生物材料都要接近活体组织；另外，水凝胶的表面不易粘附蛋白质等物质，故在与血液、体液以及人体组织相接触时具有很好的生物相容性；其次，水凝胶不仅含有很高的水分而且十分的柔软，从而可以减少周围组织的不良反应；再次，水凝胶由于其三维的网络结构使它具有优异的渗透性，便于营养物质以及代谢物质的运输，可维持水凝胶周围细胞的生存和繁殖。因而水凝胶优良的生物相容性，在生物医用材料领域存在巨大地应用价值，如今水凝胶已被用于组织工程、伤口敷料、分子印刷、角膜接触眼镜、形状记忆材料、人造皮肤、生物传感器等领域。
然而，水凝胶释放的不可控性和开关动力学缓慢的特性极大地限制了它们在药物缓释领域的应用。为了克服上述问题，现有技术中已研发出多种响应型水凝胶，这种水凝胶可以通过外界刺激(调节PH值、温度等)改变凝胶的性质，如凝胶-溶胶的转变。但是，这类凝胶还存在不能调控体内凝胶的降解速率等情况，它的可控降解仍具有一定的局限性。
因此，需要设计合成出一种新的水凝胶，在保证有较好的生物相容性的同时能实现对其的可控降解，能够更好地应用到药物缓释领域中去。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种光控降解水凝胶的制备方法，操作简单，利用糖聚合物、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠、光敏剂和抗坏血酸混合制成，可在近红外光存在下发生凝胶的解离，为肿瘤的治疗提供药物缓释载体，在生物医学领域具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：本发明提供一种光控降解水凝胶的制备方法，该水凝胶由糖聚合物、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠、光敏剂和抗坏血酸这四种物质的水溶液混合制备而成。
进一步地，所述糖聚合物选自下述两种聚合物，聚合物1和聚合物2中的一种或两种，两种糖聚合物的重复单元数n、m均为100-300间的正整数，具体分子式如下：
进一步地，所述的糖聚合物的水溶液的浓度为50～200mg/mL。
进一步地，所述的苯硼酸半酯接枝海藻酸钠的分子式如下，其中，苯硼酸半酯的接枝率为0.1-0.4，
进一步地，所述苯硼酸半酯接枝海藻酸钠的合成步骤为：
称取2.0g海藻酸钠溶解于500mL去离子水中，搅拌24小时使之充分溶解，得到浓度为4mg/mL的海藻酸钠溶液，然后利用HCl/NaOH调节酸度至pH＝5.0-6.0，依次加入2.52gEDC和1.51g NHS，待溶解充分后再调节pH值稳定在pH＝5.0-6.0。室温活化羧基反应30min左右，再加入1.52g的间氨基苯硼酸半酯，充分搅拌溶解之后调节pH值稳定在pH＝5.0-6.0，室温条件下进行反应(期间跟踪并稳定pH值在5.0-6.0范围内)，48小时后结束反应，然后利用去离子水进行透析处理(Mw＝3.5kDa)一周左右时间，离心，冻干，得到苯硼酸半酯接枝海藻酸钠聚合物。
进一步地，所述苯硼酸半酯接枝海藻酸钠的水溶液的浓度为50～200mg/mL。
进一步地，所述光敏剂为基于苝酰亚胺的两性离子聚合物，重复单元数t为50，分子式如下：
进一步地，所述的光敏剂的水溶液的浓度为2～4mg/mL。
进一步地，所述的抗坏血酸的水溶液的浓度为2～4mg/mL。
其中，在合成过程中，所述糖聚合物上的邻羟基与所述苯硼酸半酯接枝海藻酸钠可形成动态共价键，且动态共价键在双氧水存在的条件下发生断裂，而所述光敏剂与抗坏血酸在近红外光的照射下会生成双氧水，使得水凝胶发生降解。
本发明的有益效果是：本发明为了解决现有技术中的水凝胶降解的可控性差的问题设计出一种光控降解水凝胶的制备方法，该制备方法操作简单，可以通过改变凝胶制备的各组分的含量来调控凝胶性能；通过调节糖聚合物中糖的构型来改变水凝胶的强度，使制得的水凝胶具有高强度性和自愈合性，同时具备光控降解性；为开发智能响应性药物载体材料提供了新的可能，为抗癌药物的可控缓释提供新载体，在生物医学领域具有极为重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的水凝胶的外观图；
图2为本发明实施例2所制备的水凝胶的外观图；
图3为本发明实施例1所制备的水凝胶的光降解图；
图4为本发明实施例1所制备的水凝胶的储能模量和损耗模量的统计图；
图5为本发明实施例2所制备的水凝胶的储能模量和损耗模量的统计图。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为100，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
图3为本发明实施例1制备的水凝胶的光降解图，从图中可以看出该凝胶可用于光控降解；
图4为本发明实施例1所制备的水凝胶的储能模量和损耗模量统计图，从图中可以看出制备出的水凝胶的储能模量远大于损耗模量，说明凝胶的形成，同时储能模量高达5000，说明凝胶具有较高的强度
实施例2:
将糖聚合物水溶液(聚合物2，重复单元数为100，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
图5为本发明实施例2所制备的水凝胶的储能模量和损耗模量统计图，从图中看出本实施例制备出的水凝胶的储能模量也远高于损耗模量，说明凝胶的形成，同时储能模量高达3000，说明该凝胶也具有较高的强度。
实施例3:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为200，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.2)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例4:
将糖聚合物水溶液(聚合物2，重复单元数为200，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.2)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例5:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为300，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.3)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例6:
将糖聚合物水溶液(聚合物2，重复单元数为300，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.4)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例7：
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为100，1mL，50mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，200mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(4mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(4mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例8:
将糖聚合物水溶液(聚合物2，重复单元数为100，1mL，50mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，200mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(4mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例9:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为100，1mL，200mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，50mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(4mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例10:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为300，1mL，100mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，150mg/mL，接枝率为0.4)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
实施例11:
将糖聚合物水溶液(聚合物1，重复单元数为200，1mL，100mg/mL)、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠水溶液(1mL，150mg/mL，接枝率为0.1)、光敏剂水溶液(2mg/mL，0.1mL)和抗坏血酸水溶液(2mg/mL，0.1mL)快速搅拌混合均匀，静置一段时间即可得到水凝胶。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (5)
1.一种光控降解水凝胶的制备方法，其特征在于，所述水凝胶由糖聚合物、苯硼酸半酯接枝海藻酸钠、光敏剂和抗坏血酸这四种物质的水溶液按10:10:1:1的体积比在室温下混合制备而成；
所述糖聚合物的具体分子式如下所示：
其中，n为100-300间的正整数；
所述苯硼酸半酯的接枝率为0.1-0.4，苯硼酸半酯接枝海藻酸钠的分子式如下：
所述光敏剂为基于苝酰亚胺的两性离子聚合物，分子式如下：
其中，t＝50。
2.如权利要求1中任一项所述的一种光控降解水凝胶的制备方法，其特征在于，所述抗坏血酸的水溶液的浓度为2～4mg/mL。
3.如权利要求2中任一项所述的一种光控降解水凝胶的制备方法，其特征在于，所述糖聚合物的水溶液的浓度为50～200mg/mL。
4.如权利要求3中任一项所述的一种光控降解水凝胶的制备方法，其特征在于，所述苯硼酸半酯接枝海藻酸钠的水溶液的浓度为50～200mg/mL。
5.如权利要求4中任一项所述的一种光控降解水凝胶的制备方法，其特征在于，所述光敏剂的水溶液的浓度为2～4mg/mL。
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