CN110407954A - 一种光/温双敏水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光/温双敏水凝胶及其制备方法，首先该水凝胶的温敏部分是通过在壳聚糖分子链上引入羟丁基(专利号201110214776.X)；其次，光敏部分由羟丁基壳聚糖的游离氨基和甲基丙烯缩水甘油酯的环氧基发生开环反应引入光敏基团。本发明的甲基丙烯酰化羟丁基壳聚糖水凝胶在低温下呈溶液状态，可以流动注射，当温度升高到37℃附近时，1min内即可形成水凝胶；另外，将光引发剂加入到预聚物溶液中，暴露于紫外光下照射，光引发剂会产生自由基，引发甲基丙烯酰基取代的链聚合，使凝胶强度得到明显增强。该光/温双敏水凝胶材料作为组织工程支架或药物缓释递送等方面具有良好的应用前景。

Description

一种光/温双敏水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，涉及一种光/温双敏水凝胶的制备方法。
背景技术
天然聚合物衍生的可光交联水凝胶由于其优异的生物相容性，有利于细胞生长的能力而经常应用在组织工程中。因为水凝胶的结构与天然细胞外基质非常相似，所以它为细胞和组织提供了合适的微环境。研究发现，一些可光交联且具有温敏成胶聚合物可能对各种生物医学应用有很大的开发潜力，例如可注射递送系统和细胞培养。
壳聚糖是一种天然丰富的聚合物，其多糖骨架被视为细胞外基质替代物的有吸引力的候选物。它已被证明具有生物相容性，已成功应用于从药物输送，到体内细胞植入的各种应用中。羟丁基壳聚糖是壳聚糖的衍生物，通过羟丁基基团与壳聚糖的羟基和氨基反应性位点缀合，其在中性pH下可溶并且具有潜在有用的生物学特性。该改性赋予壳聚糖水溶性和温度响应性。羟丁基壳聚糖水溶液具有温敏性，在低温下呈溶液状态，温度升高，形成凝胶。
然而羟丁基壳聚糖作为一种具有温敏成胶性质的聚合物，在实际应用中受到在生理条件下稳定性差和机械性能较弱的条件限制。如何保留羟丁基壳聚糖温敏性的同时，赋予该水凝胶良好的机械性能，是本发明所解决的关键问题。甲基丙烯酸缩水甘油酯将羟丁基壳聚糖转化为可光交联的羟丁基壳聚糖，通过紫外照射增加了水凝胶的机械强度。本发明水凝胶可以作为一种新型的组织工程应用的支架材料，由于它们的结构与天然细胞外基质非常相似，因此为细胞和组织提供了合适的微环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种光/温双敏水凝胶的制备方法，该法制备的水凝胶具有较好的的温敏性和机械强度，在组织工程、药物递送系统和细胞培养等方面可能具有广泛的应用前景。
本发明以壳聚糖为原料，通过先后引入羟丁基、甲基丙烯酰基团合成目标产物，制备一种光/温双敏水凝胶，即甲基丙烯酰化羟丁基壳聚糖（MHBC），其具体步骤如下：（1）参照专利201110214776.X，制备羟丁基壳聚糖（HBC）；（2）将HBC溶解在去离子水中，用1M NaOH调节溶液pH至9.0，随后向其中缓慢滴加甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，低温、避光条件下搅拌反应，之后用1M HCl将溶液pH调至中性；（3）将反应后的溶液充分透析，冻干，得到甲基丙烯酰化羟丁基壳聚糖(MHBC)；（4）将MHBC在4-10℃下溶解于去离子水中，升温至25℃及以上，溶液可形成水凝胶；（5）向MHBC溶液中添加光引发剂Irgacure 2959，溶液经紫外照射一定时间，可得光交联水凝胶。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中GMA与HBC的摩尔比为0.1~10:1。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中低温范围为1-10℃。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中HBC的浓度为0.1-3%。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）的反应时间为6-48h。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（4）中MHBC溶液的浓度为3-10%。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（5）中光引发剂Irgacure2959的浓度为0.01-0.5%。
本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（5）中紫外照射时间为0.5-10min。
本发明不仅可以在生理条件下形成原位凝胶，而且在紫外光和光引发剂存在下可快速光固化，同时可以通过控制反应摩尔比、光照强度和时间等条件缩短水凝胶的成胶时间，并提高水凝胶的机械强度，该法制备的水凝胶可以作为组织工程、药物递送系统和细胞培养等领域，具有良好的开发应用潜力，以下结合附图和实施例对本发明做出进一步说明
说明书附图。
图1. MHBC合成示意图。
图2. MHBC温敏成胶。
图3. MHBC成胶温度流变图。
图4. MHBC光敏成胶。
图5. MHBC的压缩强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不仅限于下列实例。
实施例1
（1）参照专利CN201110214776.X制备HBC；
（2）准确称量HBC 0.5 g，溶于25mL去离子水中，用1M NaOH调节溶液pH至9.0；以摩尔比HBC :GMA=1:0.5缓慢滴加0.141mL甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，低温、避光条件下搅拌反应24h，之后用1M HCl将溶液pH调至中性；将溶液透析48h后冻干，得到MHBC；将MHBC于4℃下溶解于去离子水中，终浓度为3%，升温至25℃得到MHBC水凝胶；
（3）准确称量MHBC 30mg溶解在1mL含0.15 w/v 光引发剂Irgacure 2959的去离子水中，溶液经紫外照射3min，即得光交联MHBC水凝胶。
实施例2
（1）参照专利CN201110214776.X制备HBC；
（2）准确称量HBC 0.5 g，溶于25mL去离子水中，用1M NaOH调节溶液pH至9.0；以摩尔比HBC :GMA=1:0.75缓慢滴加0.212mL甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，低温、避光条件下搅拌反应36h，之后用1M HCl将溶液pH调至中性；将溶液透析48h后冻干，得到MHBC；将MHBC于4℃下溶解于去离子水中，终浓度为3%，升温至20℃得到MHBC水凝胶；
（3）准确称量MHBC 30mg溶解在1mL含0.20 w/v 光引发剂Irgacure 2959的去离子水中，溶液经紫外照射2min，即得光交联MHBC水凝胶。
实施例3
（1）参照专利CN201110214776.X制备HBC；
（2）准确称量HBC 0.5 g，溶于25mL去离子水中，用1M NaOH调节溶液pH至9.0；以摩尔比HBC :GMA=1:1缓慢滴加0.282mL甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，低温、避光条件下搅拌反应48h，之后用1M HCl将溶液pH调至中性；将溶液透析48h后冻干，得到MHBC；将MHBC于4℃下溶解于去离子水中，终浓度为3%，升温至18℃得到MHBC水凝胶；
（3）准确称量MHBC 30mg溶解在1mL含0.25w/v 光引发剂Irgacure 2959的去离子水中，溶液经紫外照射1min，即得光交联MHBC水凝胶。

Claims (8)

1.一种光/温双敏水凝胶的制备方法，其具体步骤如下：（1）参照专利201110214776.X，制备羟丁基壳聚糖（HBC）；（2）将HBC溶解在去离子水中，用1M NaOH调节溶液pH至9.0，随后向其中缓慢滴加甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，低温、避光条件下搅拌反应，之后用1M HCl将溶液pH调至中性；（3）将反应后的溶液充分透析，冻干，得到甲基丙烯酰化羟丁基壳聚糖(MHBC)；（4）将MHBC在4-10℃下溶解于去离子水中，升温至25℃及以上，溶液可形成水凝胶；（5）向MHBC溶液中添加光引发剂Irgacure 2959，溶液经紫外照射一定时间，可得光交联水凝胶。
2.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中GMA与HBC的摩尔比为0.1~10:1。
3.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中低温范围为1-10℃。
4.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）中HBC的浓度为0.1-3%。
5.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（2）的反应时间为6-48h。
6.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（4）中MHBC溶液的浓度为3-10%。
7.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（5）中光引发剂Irgacure2959的浓度为0.01-0.5%。
8.本发明所述的一种光/温双敏水凝胶，其特征是所述步骤（5）中紫外照射时间为0.5-10min。
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