CN109796606B - 一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶及其制备方法。一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶材料，结构式如式(Ⅰ)所示：
Description
技术领域
本发明涉及一种水凝胶，特别涉及一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶及其制备方法。
背景技术
高分子水凝胶是一种以水为分散介质，由共价键和非共价键交联而形成三维网络结构的固体或半固体状材料，质地柔软，含水量高。高分子水凝胶与生物肌体组织很相似，具有良好的生物相容性，可应用于生物医学领域，如药物控制释放体系、隐形眼镜、创伤敷料及组织工程等。但在高分子水凝胶的应用中，一个普遍存在的问题是：高分子水凝胶由于含水量大，通常强度较低，总会由于外力、液体或化学物质的侵蚀而受损，从而影响其结构的完整性、使用性能和使用寿命。随着社会对水凝胶材料的要求越来越高，传统水凝胶的强度和变形能力均难以满足很多实际应用的要求，因此发展新型水凝胶材料具有重要的科学意义。自愈合作为一种在生物组织内普遍存在的性能，在过去的十年里受到广泛的关注，如果能够赋予水凝胶自愈合性能，使其能够通过宏观、微观等多机制抑制凝胶破坏，修复损伤，则可以延长其使用寿命，同时增加凝胶安全性和保持功能完整性。现如今，越来越多的科研人员选择将自愈合性能引入到智能水凝胶中来提升凝胶的应用前景。自愈合水凝胶作为一种新型自愈性材料，因其在软组织材料修复、药物载体及组织工程等领域已显现的卓越性能，成为近年来医用创新材料研究的重要热点之一。
自愈合通常是指材料受到外部损伤后，能够经自身修复在形态、性能上接近或达到损伤前的状态。动态化学是制备自愈合水凝胶的一种途径，此类动态化学包括动态共价键化学和非共价键化学。大部分物理自愈合水凝胶是通过非共价键化学实现的，如通过氢键、疏水聚集和主客体相互作用实现水凝胶的自愈合，此类自愈合不需要外部刺激，但水凝胶稳定性和强度有待提高。而动态共价键化学基自愈合水凝胶通常需要外部刺激，如pH值、光照或者温度的调节，来诱导共价键反应实现凝胶的自愈合。目前高分子水凝胶存在着自愈合、机械强度等综合性能与结构无法共同提高等挑战，对于非共价键相互作用的水凝胶，其结构普遍不稳定、力学性能欠佳，不利于其在临床上的推广与产业化；对于共价键作为交联点构建的水凝胶，如单纯的亚胺键或酰腙键交联的水凝胶，其机械强度与交联度总是无法同时达到一个最佳点，强度提高的时候，必然对应交联度的提高，但提高交联度会导致水凝胶网络尺度太低，影响细胞的浸润与迁移；因此通常需要通过与另一种或几种作用力结合从而使凝胶具有理想的综合性能。现有文献(ACS Macro Letters,2012,1(2):275-279)公开了一种同时含有酰腙键和二硫键，具有酸碱和氧化还原双重响应的自愈合水凝胶，酰腙键与二硫键在该凝胶体系中是相互兼容，互不干扰的。
目前利用温和的方法制备生物相容性良好的自愈合水凝胶材料仍是一个挑战。用天然多糖材料制备具有自愈合性质的水凝胶材料方法更是非常有限，对天然高分子自愈合凝胶的研究较少。与壳聚糖相比，羧甲基壳聚糖的水溶性好，并可以在任何pH值溶液内溶解，且无毒、无味、生物相容性好，可降解。目前报道的羧甲基壳聚糖的制备大都以壳聚糖为原料，将碱化的壳聚糖分散在异丙醇中，在加热或微波照射条件下，用氯乙酸羧化壳聚糖，从而得到羧甲基壳聚糖。该方法制备原理简单，操作易行，但因壳聚糖分子结构中有2个羟基(C6-OH和C3-OH)和1个氨基(C2-NH2)，羧甲基化在这3个位置均可发生反应，因此产物有N,O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖和O-羧甲基壳聚糖三种，故此方法选择性差，制备的产物结构不单一。为降低生产成本，现有反应中也有采用甲壳素为原料，加入浓碱和氯乙酸，将脱乙酰化和羧甲基化结合在一起，一步到位。虽然这种方法步骤少，但同样选择性差，制备的产物结构不单一，另外，此方法无法控制产物的脱乙酰度及羧甲基取代度。也有为了制备取代位置明确的羧基化壳聚糖，直接以壳聚糖为原料，将氨基基团保护后再进行羧基化反应，得到O-羧甲基壳聚糖。但该方法制备周期长，流程复杂。
聚L-谷氨酸是一种具有良好生物相容性的可降解聚氨基酸，在生物体内能降解为谷氨酸单体，被机体所吸收，无毒副作用。聚L-谷氨酸分子链上存在大量的游离羧基，便于修饰改性，可广泛应用于医药、食品、化妆品、药物载体、医用胶黏剂、组织工程等方面。目前聚谷氨酸基水凝胶体系大多通过酶交联和超分子作用等形成凝胶，但基于聚谷氨酸的动态酰腙键交联的自愈合水凝胶则鲜见报道。
纳米纤维素是一种天然的生物基聚合物，具有优异水分平衡和皮肤水合性能，并且具有与人体细胞和组织的生物相容性。研究发现，纳米纤维素在活体中还未发现有任何排异反应和炎症发生。另外，纳米纤维素还具有优异的pH、温度和盐稳定性，可用作受控释放治疗分子的载体。由于这些优良的特性，纳米纤维素已经在伤口抗菌敷料、人工移植物以及防紫外线化妆品领域得到应用。然而，作为纳米颗粒的主要难题就是要在聚合物基体中的均匀分散，纳米纤维素表面丰富的羟基作用而具有强烈的自组装性，以及分子内和分子间氢键作用会在制备纳米复合材料过程中产生絮聚，并且随着表面积增加和颗粒尺寸减少，絮聚会变得越来越严重，因此会导致纳米尺寸的消失和限制机械性能增强的可能性。为了使纳米纤维素拥有更多的优异性能及更广泛的应用范围，对纳米纤维素进行化学改性是必要的。用醛基对纳米纤维素进行修饰改性，一方面可以提供席夫碱反应所需的醛基，保障反应顺利进行；另一方面可以改善纳米纤维素的分散性。
目前高分子水凝胶存在着自愈合、机械强度等综合性能与结构无法共同提高等挑战，有待进一步完善，对于物理相互作用作为交联点的水凝胶，其结构不稳定、力学性能欠佳，不利于其在临床上的推广与产业化；对于共价键作为交联点构建的水凝胶，如单纯的亚胺键或酰腙键交联的水凝胶，其机械强度与交联度总是无法同时达到一个最佳点，强度提高的时候，必然对应交联度的提高，但提高交联度会导致水凝胶网络尺度太低，影响细胞的浸润与迁移；因此通常需要通过与另一种或几种作用力结合从而使凝胶具有理想的综合性能。在高分子原料的选择上，目前国内外利用壳聚糖制备O-羧甲基壳聚糖的方法所得产品性能也不够均一且取代度不高，对聚谷氨酸进行酰肼化修饰和纤维素进行醛基修饰的研究也鲜有报道。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种基于亚胺键和酰腙键多重动态化学键相互作用的自愈合水凝胶及其制备方法，这种水凝胶不需要添加具有生物/细胞毒性的交联剂或引发剂，反应条件温和，并且所制得的水凝胶，有良好的生物相容性和生物降解性。该反应体系既克服了物理相互作用交联的结构不稳定，力学性能欠佳等缺点，又能解决单一化学键交联的水凝胶弹性与可塑性差的问题。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶材料，其结构式如式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，
表示聚L-谷氨酸的主链，m＝1000～20000，n＝1000～15000。
一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，是将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸分别配成溶液，再混合搅拌，静置，得到式(Ⅰ)所示结构的水凝胶产物。
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，分别将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸配成固含量为5wt％～10wt％的水溶液。
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸的摩尔比为1：(2～4)：1。
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，静置的时间为15s～30s。
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，O-羧甲基壳聚糖的制备方法如下：将甲壳素
与卤代乙酸进行羧甲基取代反应，制得O-羧甲基甲壳素
再加入碱进行脱乙酰化反应，得到O-羧甲基壳聚糖
m＝1000～20000。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，卤代乙酸与甲壳素的质量比为(1.5～3)：1。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，卤代乙酸为氯乙酸。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，羧甲基取代反应的温度为40℃～70℃，反应的时间为3h～5h。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，脱乙酰化反应的温度为40℃～70℃，反应的时间为20min～60min。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法具体为：将甲壳素溶于有机溶剂和碱性溶液中溶胀，再与氯乙酸混合反应制得O-羧甲基甲壳素，然后加入碱将O-羧甲基甲壳素进行脱乙酰化反应，得到O-羧甲基壳聚糖。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种；碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。
优选的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法中，脱乙酰化反应所用的碱为氢氧化钠。
进一步的，O-羧甲基壳聚糖的制备方法如下：将甲壳素溶于异丙醇中，常温溶胀后，加入氢氧化钠溶液搅拌均匀，冷冻过夜；取氯乙酸水浴加热溶于异丙醇中，在搅拌状态下，滴入解冻后的甲壳素悬浊液，反应溶液保温，离心沉降，倾出上清液，加入水溶解，抽滤，滤液用无水乙醇沉淀，沉淀用乙醇溶液洗涤，真空干燥，制得O-羧甲基甲壳素；取O-羧甲基甲壳素在搅拌条件下，溶于氢氧化钠溶液，脱乙酰化反应后，加入水搅拌，抽滤，滤液用无水乙醇沉淀，再加入水搅拌溶解，用盐酸溶液调至中性，再沉淀，抽滤，沉淀用乙醇溶液洗涤，真空干燥，得到O-羧甲基壳聚糖。
O-羧甲基壳聚糖的制备反应方程式可表示为：
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，醛基化纳米纤维素的制备方法如下：将纳米纤维素
与高碘酸盐进行氧化反应，得到醛基化纳米纤维素
n＝1000～15000。
优选的，醛基化纳米纤维素的制备方法中，纳米纤维素的制备方法如下：使用硫酸溶液水解竹纤维，得到纤维素浆，再洗涤，透析，得到纳米纤维素。
优选的，纳米纤维素的制备方法具体如下：将50wt％～65wt％的硫酸溶液倒入装有竹纤维的容器中，在40℃～50℃水浴条件下机械搅拌30min～60min；加入水使水解反应终止，得到纤维素浆；纤维素浆经过离心洗涤后透析至中性，再超声处理，即得到纳米纤维素。
优选的，醛基化纳米纤维素的制备方法中，高碘酸盐氧化反应的条件为30℃～45℃避光反应3h～5h；高碘酸盐氧化反应后透析处理，收集悬浮液得到醛基化纳米纤维素。
优选的，醛基化纳米纤维素的制备方法中，高碘酸盐与纳米纤维素的质量比为(0.3～0.8)：1。
优选的，醛基化纳米纤维素的制备方法中，高碘酸盐为高碘酸钠、高碘酸钾中的至少一种。
醛基化纳米纤维素的制备反应方程式可表示为：
优选的，这种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法中，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法如下：将聚L-谷氨酸
和酰肼修饰物进行酰肼化反应，得到酰肼化聚L-谷氨酸
优选的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法具体为：将聚L-谷氨酸(PLGA)配成溶液，加入己二酸二酰肼(ADH)和催化剂进行酰肼化反应，再透析，干燥，得到酰肼化聚L-谷氨酸。
优选的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法中，聚L-谷氨酸的分子量为1×104～1×105。
优选的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法中，催化剂为N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)。
优选的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法中，酰肼化反应的pH为4～6。
进一步的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法具体为：将聚L-谷氨酸和水混合，加入氢氧化钠溶液使得聚L-谷氨酸完全溶解，将己二酸二酰肼和N-羟基琥珀酰亚胺依次加入，用盐酸调节pH控制在4～6之间，然后加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，在常温下反应24h以上，反应结束后将反应液装入透析袋中透析3～4天，冷冻干燥得到酰肼化聚L-谷氨酸针状晶体。
优选的，酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法中，聚L-谷氨酸的酰肼化改性率为30％～50％。
酰肼化聚L-谷氨酸的制备反应方程式可表示为：
本发明的有益效果是：
本发明的水凝胶具有自愈合性、抑菌性，生物相容性良好的优点，应用价值广泛。
本发明均采用价格低廉易得的天然高分子原料壳聚糖、纤维素和聚L-谷氨酸，分别对壳聚糖、纤维素和聚L-谷氨酸进行改性。直接以甲壳素为原料，先与氯乙酸进行羧甲基取代反应制备O-羧甲基甲壳素，再加入碱脱乙酰化得到O-羧甲基壳聚糖，该方法免去了保护氨基的步骤，在羟基上进行各种反应，反应结束后也可方便地脱乙酰化，保留了2位-NH2的反应活性，便于后续制备凝胶的过程中席夫碱反应的顺利进行，工艺简单，易于操作；采用高碘酸盐氧化纳米纤维素得到含有醛基的纤维素；将聚谷氨酸分子链上羧基酰肼化，便于与醛基化的纤维素反应生成酰腙键。水凝胶的合成原理具体是应用O-羧甲基壳聚糖和酰肼化的聚谷氨酸分别与醛基化纳米纤维素生成亚胺键和酰腙键交联形成可自愈合水凝胶，另外，氧化处理后的醛基化纳米纤维素具有纳米增强作用，因此，该水凝胶是基于亚胺键和酰腙键多重交联的自愈合水凝胶，稳定性更高，机械强度更强，可用于3D细胞培养、可注射试剂、药物控释和伤口敷料等领域，具有广泛的应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1)本发明利用醛基化或氨基化或酰肼化修饰改性的大分子作为反应底物去构建自愈合水凝胶体系，可克服用乙二醛、戊二醛等小分子交联剂时产生的生物毒性，制备过程中无需加入小分子交联剂、引发剂和催化剂，反应条件温和、工艺简单。水凝胶中存在动态共价键，既可以用于3D细胞培养，又可以用于可注射试剂、伤口创面敷料和药物控释等领域。
2)制备O-羧甲基壳聚糖直接以甲壳素为原料，先与氯乙酸进行羧甲基取代反应制备O-羧甲基甲壳素，再加入碱脱乙酰化得到O-羧甲基壳聚糖，两步反应，简单可行。该方法避免了采用壳聚糖为原料时由于2位氨基与6位羟基的竞争反应造成取代位置不明确，免去了保护氨基的步骤，用氯乙酸对6位羟基进行改性，反应结束后也可方便地脱乙酰化。
3)本发明醛基化修饰纳米纤维素，不仅可以提供醛基保障席夫碱反应顺利进行，也可以改善纳米纤维素的分散性，作为物理增强剂增强水凝胶的机械强度与稳定性。
4)本发明的自愈合水凝胶还具有良好的生物降解性，能够在体内降解，而且降解产物为氨基酸、多糖，可通过肾脏直接排除体外，对人体无害。
5)本发明的水凝胶是由动态亚胺键和酰腙键多重相互作用构成，增加了交联点和交联密度，这种多交联网络结构的水凝胶具有凝胶-溶胶相互转变性能，同时具有自愈合性能。
6)本发明以在较低的固含量下得到凝胶化时间较短、强度适中的水凝胶，且席夫碱反应过程中残留醛基可与组织表面的氨基作用以提高水凝胶的组织黏附性能。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
实施例1
步骤一：
称取5g甲壳素于50mL异丙醇中，常温溶胀2h后，缓慢滴入50wt％NaOH溶液30mL，搅拌均匀，零下10℃冷冻过夜。取氯乙酸(ClCH2COOH)10g，水浴加热溶于l0mL异丙醇中，在搅拌状态下，缓慢滴入解冻后的甲壳素悬浊液，反应溶液于50℃保温4h，离心沉降，倾出上清液，加入少量水溶解，抽滤，滤液用4倍量无水乙醇沉淀，沉淀用乙醇溶液洗涤3次，真空干燥，制得O-羧甲基甲壳素。取上述产物，于50℃搅拌条件下，溶于50mL 50wt％NaOH溶液，脱乙酰化反应30min后，加入少量水充分搅拌，抽滤，滤液用4倍量无水乙醇沉淀，再加入适量水，搅拌溶解，10％HCI溶液调至中性，再沉淀，抽滤，沉淀用乙醇溶液洗涤，真空干燥，得到O-羧甲基壳聚糖。
步骤二：
60mL 64wt％硫酸溶液倒入装有5g竹纤维的三口烧瓶中，在45℃水浴条件下机械搅拌45min。加入过量蒸馏水使水解反应终止得到纤维素浆，纤维素浆经过离心洗涤后透析至中性，再超声几分钟，即得到纳米纤维素。再将高碘酸钠加入到纳米纤维素悬浮液中，在避光条件下连续搅拌12h。再加入乙二醇除去多余的氧化剂，然后放入透析袋中将得到的悬浮液透析，收集悬浮液得到醛基化纳米纤维素。高碘酸钠和纳米纤维素质量比为0.6。
步骤三：
称取0.3g聚L-谷氨酸(分子量6.0×104)于100mL烧杯中，加入40mL去离子水，逐滴滴加1.5mL 3mol/L NaOH溶液使得聚L-谷氨酸完全溶解；将0.6gADH(己二酸酰肼)和0.1gNHS(N-羟基琥珀酰亚胺)依次加入聚谷氨酸溶液中，将反应体系pH控制在4-6之间，后再加入0.15gEDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，在常温下反应24h，反应结束后将反应液装入分子量为7000的透析袋中透析3天，冷冻干燥得到酰肼化聚L-谷氨酸，酰肼化改性率为40％。
步骤四：
将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素和酰肼化聚L-谷氨酸按摩尔比1:2.5:1分别溶于水中配成水溶液，固含量10wt％，将3种混合物混合搅拌均匀，静置20s凝胶化，得到实施例1的水凝胶。
实施例1制备得到的水凝胶柔韧而富有弹性可以进行拉伸、压缩、打结拉伸等力学操作。经测试拉伸强度为36.7KPa、断裂伸长率为1421％。
实施例2
步骤一：
称取5g甲壳素于50mL异丙醇中，常温溶胀2h后，缓慢滴入50wt％NaOH溶液30mL，搅拌均匀，零下10℃冷冻过夜。取氯乙酸(ClCH2COOH)10g，水浴加热溶于l0mL异丙醇中，在搅拌状态下，缓慢滴入解冻后的甲壳素悬浊液，反应溶液于50℃保温4h，离心沉降，倾出上清液，加入少量水溶解，抽滤，滤液用4倍量无水乙醇沉淀，沉淀用乙醇溶液洗涤3次，真空干燥，制得O-羧甲基甲壳素。取上述产物，于50℃搅拌条件下，溶于50mL 50wt％NaOH溶液，脱乙酰化反应30min后，加入少量水充分搅拌，抽滤，滤液用4倍量无水乙醇沉淀，再加入适量水，搅拌溶解，10％HCI溶液调至中性，再沉淀，抽滤，沉淀用乙醇溶液洗涤，真空干燥，得到O-羧甲基壳聚糖。
步骤二：
60mL 64wt％硫酸溶液倒入装有5g竹纤维的三口烧瓶中，在45℃水浴条件下机械搅拌45min。加入过量蒸馏水使水解反应终止得到纤维素浆，纤维素浆经过离心洗涤后透析至中性，再超声几分钟，即得到纳米纤维素。再将高碘酸钾加入到纳米纤维素悬浮液中，在避光条件下连续搅拌12h。再加入乙二醇除去多余的氧化剂，然后放入透析袋中将得到的悬浮液透析，收集悬浮液得到醛基化纳米纤维素。高碘酸钾和纳米纤维素质量比为0.5。
步骤三：
称取0.1g聚L-谷氨酸(分子量6.0×104)于100mL烧杯中，加入40mL去离子水，逐滴滴加1.5mL 3mol/L NaOH溶液使得聚L-谷氨酸完全溶解；将0.4gADH(己二酸酰肼)和0.1gNHS(N-羟基琥珀酰亚胺)依次加入聚谷氨酸溶液中，将反应体系pH控制在4-6之间，后再加入0.15g EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，在常温下反应24h，反应结束后将反应液装入分子量为7000的透析袋中透析3天，冷冻干燥得到酰肼化聚L-谷氨酸，酰肼化改性率为34％。
步骤四：
将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素和酰肼化聚L-谷氨酸按摩尔比1:3:1分别溶于水中配成水溶液，固含量8wt％，将3种混合物混合搅拌均匀，静置20s凝胶化，得到实施例2的水凝胶。
实施例2制备得到的水凝胶柔韧而富有弹性可以进行拉伸、压缩、打结拉伸等力学操作。经测试拉伸强度为35.3KPa、断裂伸长率为1309％。
将实施例1或2制得的水凝胶切成两段后再使其相互接触，在室温下静置1分钟后，发现凝胶恢复可以成一个整体，将愈合后的凝胶浸泡于pH为7.1的PBS缓冲液中3.5h，发现凝胶形状基本维持不变，用镊子夹起可以承受自身重量，没有观察到断裂。
对比例1
将按实施例1制得的O-羧甲基壳聚糖和醛基化纳米纤维素按摩尔比1:1分别溶于水中配成水溶液，固含量10％，将2种混合物混合搅拌均匀，静置凝胶化。成胶时间约30s。经测试水凝胶的拉伸强度为12.6KPa、断裂伸长率为409％。
对比例2
将按实施例1制得的醛基化纳米纤维素和酰肼化聚L-谷氨酸按摩尔比1:1分别溶于水中配成水溶液，固含量10％，将2种混合物混合搅拌均匀，静置凝胶化。成胶时间约30s。经测试水凝胶的拉伸强度为15.4KPa、断裂伸长率为537％。
通过试验可知，通过本发明方法制得的水凝胶柔韧而富有弹性，可以进行拉伸、压缩、打结拉伸等力学操作。经测试拉伸强度为35～37KPa、断裂伸长率为1300～1430％。
本发明采用的三种初始原料均是绿色环保、资源丰富、价格便宜及生物相容性良好的天然高分子材料，可降解性高，廉价易得。分别对壳聚糖、纤维素和聚L-谷氨酸进行改性，工艺简单，易于操作。O-羧甲基壳聚糖既克服了壳聚糖不易溶解的缺点，具有良好的水溶性，还具备壳聚糖的优良性质，又保留了2位-NH2的反应活性，便于后续制备凝胶的过程中席夫碱反应的顺利进行。为了避免了壳聚糖在羧甲基化过程中由于2位氨基与6位羟基的竞争反应造成取代位置不明确，本发明直接以甲壳素为原料，先与氯乙酸进行羧甲基取代反应制备O-羧甲基甲壳素，再加入碱脱乙酰化得到O-羧甲基壳聚糖，两步反应，简单可行。该方法免去了保护氨基的步骤，在羟基上进行各种反应，反应结束后也可方便地脱乙酰化。醛基化纳米纤维素，不仅可以提供醛基保障席夫碱反应顺利进行，也可以作为物理增强剂增强水凝胶的机械强度与稳定性，此外，氧化后的纳米纤维素可用于局部止血，使得水凝胶可以应用于伤口敷料领域。
Claims (10)
1.一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶材料，其结构式如式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，
表示聚L-谷氨酸的主链，m＝1000～20000，n＝1000～15000。
2.一种权利要求1所述基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸分别配成溶液，再混合搅拌，静置，得到式(Ⅰ)所示结构的水凝胶产物。
3.根据权利要求2所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：分别将O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸配成固含量为5wt％～10wt％的水溶液。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：O-羧甲基壳聚糖、醛基化纳米纤维素、酰肼化聚L-谷氨酸的摩尔比为1：(2～4)：1。
5.根据权利要求4所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：O-羧甲基壳聚糖的制备方法如下：将甲壳素
与卤代乙酸进行羧甲基取代反应，制得O-羧甲基甲壳素
再加入碱进行脱乙酰化反应，得到O-羧甲基壳聚糖
m＝1000～20000。
6.根据权利要求4所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：醛基化纳米纤维素的制备方法如下：将纳米纤维素
与高碘酸盐进行氧化反应，得到醛基化纳米纤维素
n＝1000～15000。
7.根据权利要求6所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：纳米纤维素的制备方法如下：使用硫酸溶液水解竹纤维，得到纤维素浆，再洗涤，透析，得到纳米纤维素。
8.根据权利要求4所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法如下：将聚L-谷氨酸
和酰肼修饰物进行酰肼化反应，得到酰肼化聚L-谷氨酸
9.根据权利要求8所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法具体为：将聚L-谷氨酸配成溶液，加入己二酸二酰肼和催化剂进行酰肼化反应，再透析，干燥，得到酰肼化聚L-谷氨酸。
10.根据权利要求9所述的一种基于多重动态化学键的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：酰肼化聚L-谷氨酸的制备方法中，催化剂为N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐；酰肼化反应的pH为4～6。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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