CN110408187A - 具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制备方法与应用，该制备方法包括以下步骤：(1)从真海鞘中分离被囊素，并对其进行酸解，得到海鞘纳米纤维素(TCNCs)；(2)在TCNCs悬液中加入壳聚糖(CS)溶液、两端被醛基化的F127(PF127‑CHO)溶液，充分混合均匀，置于恒温水浴槽中反应5min，即得水凝胶产物，冷冻干燥即得到固体产品。本发明公开反应易操作、条件温和，并且通过本发明公开的制备方法制得的水凝胶具有优异的可注射性和自修复性及高机械强度，同时具有良好的生物相容性，在医疗、医药领域的药物释放系统、疾病诊断及日常监测等方面具有广泛的应用前景。

Description

具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制 备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子水凝胶材料制备技术领域，涉及一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
自修复的概念源于生物体从分子水平(如DNA修复)到宏观水平(如皮肤，骨，肌肉等组织)的自修复现象，与生物体的繁殖和功能维持密切相关。传统高分子水凝胶材料不具有自修复功能，植入人体的水凝胶材料一旦发生破损后难以修复。该缺点不仅缩短了材料的使用寿命，而且还隐藏着威胁病人生命安全的隐患。相比于传统水凝胶，可注射水凝胶通过注射器注入体内即可在注射部位原位形成载药凝胶。具有创伤性小、操作简便、可用于局部给药以及长效释药等优点。特别当用于复杂组织时，可注射水凝胶具有自适应性，可体温固化，这是一般水凝胶不可比拟的。同时具有注射性和可自修复性的水凝胶由于其独特的性能，在传感器、药物传输、组织工程、酶的固定化等方面具有广泛的应用前景。
根据成胶原理，可注射-自修复水凝胶可依靠非共价键(如疏水作用，主客体作用，氢键等)形成物理交联或通过构建动态共价键(如二硫键，亚胺键，酰腙键等)形成化学可逆交联来制备水凝胶。其中通过动态化学键交联而成的自修复水凝胶对外界刺激具有更加积极、智能的响应。比如通过席夫碱反应形成的水凝胶化学反应简单高效，副产物为水，生成的亚胺键在pH低于6.5时会发生可逆分解，有利于药物在肿瘤环境的可控释放。但是由于传统的可注射-自修复水凝胶的交联方式较为单一，所以其机械强度较差，限制了其广泛应用。
而纳米复合水凝胶的出现为解决水凝胶强度低的问题带来了新的思路和方法，基于天然高分子的一些纳米填料不仅可以提高水凝胶的机械强度，还可以改善水凝胶的生物相容性，成为近年来研究的一大热点。例如通过物理掺杂的方式引入海鞘纳米纤维素(TCNCs)。TCNCs是取自于海洋动物真海鞘的外被囊，相比于其他来源的纳米纤维素，TCNCs具有更高比的表面积、更高的抗拉强度和更高的杨氏模量，可作为增强剂引入高分子材料中；同时，生活生产中只取真海鞘内脏部分使用而导致外被囊被大量浪费，从真海鞘外被囊中提取TCNCs可大大减小环境污染并提高经济效益。因此TCNCs是一种极具发展潜力的新型纳米材料。
综上所述，制备具有具有自修复性和高机械强度的可注射水凝胶具有很大的实用意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶，所述水凝胶在正常生理条件下，以两端被醛基化的F127(PF127-CHO)为交联剂，壳聚糖(CS)链表面的氨基与PF127-CHO胶束表面的醛基反应生成席夫碱键，并以化学交联的方式形成动态可逆的交联网络，同时PF127-CHO胶束之间以物理交联的方式存在于交联网络之中；此外，海鞘纳米纤维素均匀分散于所述动态可逆的交联网络中，与分子链间产生大量的氢键作用形成物理交联，即得本发明公开的产物水凝胶；
所述壳聚糖分子结构式为：
其中n为1、2、3、4…自然数；
所述F127-CHO的结构式为：
具体地，本发明公开的一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的结构式参见本发明说明书附图1。由附图1得知，所述水凝胶中包括表面含有氨基的壳聚糖链和表面含有醛基的PF127-CHO胶束，同时包含海鞘纳米纤维素，因此其具有自修复性和高机械强度，具体为：
该水凝胶的自修复性来源于壳聚糖链表面的氨基与PF127-CHO胶束表面的醛基间的化学作用，二者在正常生理条件下形成动态可逆的亚胺键，在水凝胶结构被破坏时，亚胺键发生断裂，同时在不需要任何外界刺激和能量下不断有新的亚胺键生成，以此就可实现水凝胶的自愈和功能。并且该水凝胶自修复速度快、效率高可实现多次重复性自修复，这与其三维网络本身所具有的结构自适应性，以及自修复反应的高活性和高效性密切相关。传统可注射水凝胶是一类可通过注射器将前驱体溶液(由形成水凝胶的成分构成的水溶液)注射到达靶标位点后，原位凝胶化固定在靶标部位来发挥作用的水凝胶材料，因此，本发明公开的水凝胶是一种新型具有自修复性可注射水凝胶。
而所述水凝胶的高机械强度主要来自于海鞘纳米纤维素(TCNCs)的物理增强作用，海鞘纳米纤维素(TCNCs)相比于其他来源的纳米纤维素具有高比表面积，高抗拉强度，高杨氏模量，高亲水性和高结晶度等特性，是一种极具发展潜力的新型纳米材料。将海鞘纳米纤维素(TCNCs)运用于水凝胶中，可与水凝胶形成三维空间网络结构，赋予其较好的力学强度，改善了单一组分聚合物材料存在性能不佳，脆性大，易变形等缺点，同时由于海鞘纳米纤维素(TCNCs)拥有天然原料的优势，其废弃物也可生物降解。近年来，海鞘纳米纤维素(TCNCs)已被用来增强高分子聚合物。
示范性的，参见说明书附图5，本发明分别公开了该水凝胶的自修复性能的宏观观察照片和流变表征示意图。
示范性的，参见说明书附图6，本发明公开了该水凝胶机械性能的流变表征示意图。
优选的，所述PF127-CHO是通过如下步骤制备：在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃下反应20～28h，经浓缩后用正己烷沉淀，过滤得产物。
示范性的，参见说明书附图4，本发明通过核磁共振氢谱对F127(PF127-CHO)进行了结构表征，以证明通过上述步骤成功合成PF127-CHO。
优选的，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)。
更为优选的，所用硫酸为60wt％的硫酸溶液，且所用透析袋的规格为MD44(1000)。
示范性的，参见说明书附图2，本发明通过扫描电镜对海鞘纳米纤维素(TCNCs)进行了形貌表征。
本发明的另一目的是提供一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)制备PF127-CHO：在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃水浴下反应20～28h。经旋转蒸发仪浓缩后用正己烷沉淀，并重复四次，经真空干燥得产物PF127-CHO；
(2)制备PF127-CHO溶液：室温下将步骤(1)所制得的PF127-CHO溶解去离子水中，制备不同质量分数的PF127-CHO溶液；
(3)制备壳聚糖溶液：室温下将壳聚糖固体溶于1.0％(v/v)冰乙酸溶液中，制备壳聚糖溶液；
(4)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
(5)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)悬液：室温下将步骤(4)所制得的海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散在去离子水中，制备不同质量分数的海鞘纳米纤维素悬液；
(6)交联反应混合物：将步骤(3)制备的壳聚糖溶液与步骤(5)制备的海鞘纳米纤维素悬液混合均匀，随后加入步骤(2)制备的PF127-CHO溶液，混合均匀，得到交联反应混合物；
(7)交联反应：将步骤(6)得到的交联反应混合物并置于恒温水浴槽中，恒温下反应5min，即得水凝胶产物。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明公开的制备方法采用了一步席夫碱反应的聚合方法，不仅混合和散热简便，生产操作和温度都易于控制，而且反应条件温和，对体系的纯净度、耐受度高，并且成本低、易操作，适于推广。
优选的，所述步骤(2)中，所述PF127-CHO溶液的质量分数为36.7～44.0wt％。
优选的，所述步骤(3)中，所述壳聚糖溶液占的质量分数为20.56～21.32wt％。
优选的，所述步骤(5)中，所述海鞘纳米纤维素的质量分数为0.75～1.50wt％。
需要说明的是，作为优选方案，将该水凝胶采用冷冻干燥的方式干燥至恒重，便得到本发明公开的一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
示范性的，本发明最优选的制备方案为：
一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的海鞘纳米纤维素悬液；
步骤(2)：将步骤(1)制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，得到干燥的白色絮状海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
步骤(3)：室温下，称取一定质量的步骤(2)所制得的TCNCs溶于去离子水中，搅拌过夜并超声10min，制备不同质量分数的TCNCs悬液；
步骤(4)：将一定质量的壳聚糖(CS)加到1.0％(v/v)冰乙酸溶液中，搅拌并使之充分溶解；
步骤(5)：将一定质量的步骤(3)所制备的TCNCs悬液加入到步骤(4)体系中，混合均匀；
步骤(6)：在冰水浴下将一定质量的F127和Dess-Martin氧化剂分别溶于一定量二氯甲烷中，充分分散后，将二者混合于40℃下反应24h。经旋转蒸发仪浓缩后用正己烷沉淀2h，并重复四次。经真空干燥得产物PF127-CHO；
步骤(7)：将一定质量的步骤(6)所制得的PF127-CHO加入到去离子水中，并充分溶解；
步骤(8)：将步骤(7)所制得的溶液加入到步骤(5)所制备的混合体系中，并置于恒温水浴槽中，恒温下反应5min，即得水凝胶产物；
步骤(9)；将该水凝胶采用冷冻干燥的方式干燥至恒重，便得到本发明公开的一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
上述制备方法中，步骤(1)中所用硫酸为55～65％的硫酸溶液。
上述制备方法中，步骤(1)中所用透析袋规格为MD44(1000)。
上述制备方法中，步骤(3)所用海鞘纳米纤维素悬液的质量分数为0.75～1.50wt％。
上述制备方法中，步骤(4)中，所述壳聚糖溶液的质量分数为20.56～21.32wt％。
上述制备方法中，步骤(7)中，所述PF127-CHO溶液的质量分数为36.7～44.0wt％。
上述制备方法中，步骤(8)中恒温水浴槽的温度为35℃～40℃。
此外，本发明还有一个目的是提供一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶在控制药物缓控释领域中的应用。
需要说明的是，申请人为验证上述具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶在控制药物缓控释领域中的应用，分别对水凝胶做了药物传输领域中的体外药物释放实验(如本申请实验(五)水凝胶的体外释药分析)和体外细胞毒性试验(如本申请实验(六)水凝胶的细胞毒性分析)，基于水凝胶较好的生物相容性和药物缓控释性能，便可得知，由本申请制备得到的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶在药物缓控释领域中具有良好应用价值。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶及其制备方法与应用，具有如下的优良效果：
本发明一方面公开利用的壳聚糖和TCNCs来源广泛、廉价易得且具有良好的生物相容性、可降解性，使用安全、绿色环保，同时TCNCs具有较高的长径比和机械模量，是理想的纳米增强填料；另一方面，本发明公开制备的水凝胶的三维结构网络通过壳聚糖表面的氨基与PF127-CHO胶束表面的醛基之间的化学反应形成的，而动态可逆的亚胺键决定了水凝胶结构被破坏后的自愈合行为的发生；以及水凝胶中含有大量的TCNCs及羟基基团，能够形成大量的氢键结合点，使得凝胶内部因具有很强的物理交联作用而具有很强的机械性能；并且通过本发明公开制备的水凝胶可原位成胶，因而具有良好的注射性；
此外，本发明采用一步席夫碱反应的聚合方法，不仅混合和散热简便，生产操作和温度都易于控制，而且反应条件温和，对体系的纯净度、耐受度高，成本低、易操作；
综合上述诸多优异特点表明，本发明适于工业化生产，具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明制备的水凝胶的结构示意图。
图2为本发明制备的TCNCs的形貌，其中图2(a)为TCNCs悬液的宏观形貌，图2(b)为TCNCs的扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明反应物质的红外(FT-IR)图谱，其中图3(A)为PF127-CHO的红外(FT-IR)图谱，图3(B)为水凝胶的红外(FT-IR)图谱，图3(C)为TCNCs的红外(FT-IR)图谱，图3(D)为壳聚糖的红外(FT-IR)图谱。
图4为本发明制备的PF127-CHO的核磁共振氢谱(1HNMR)。
图5为本发明水凝胶的自修复性的示意图，其中图5(a)为水凝胶自修复的宏观观察图，图5(b)为水凝胶自修复的流变测试图。
图6为本发明水凝胶的高机械强度的流变测试图。
图7为本发明水凝胶在不同pH条件下姜黄素和阿霉素的体外释放曲线。
图8为本发明纳米复合水凝胶的浸提液培养人宫颈癌细胞系(Hela)细胞的细胞存活率数据。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种反应条件温和，易于控制且成本低的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶，所述水凝胶在正常生理条件下，以PF127-CHO为交联剂，壳聚糖(CS)链表面的氨基与PF127-CHO胶束表面的醛基反应生成席夫碱键，以化学交联的方式形成动态可逆的交联网络，同时PF127-CHO胶束之间也以物理交联的方式存在于交联网络之中；另外，海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散于这种半互穿网络中，与分子链间产生大量的氢键作用形成物理交联，即得本发明公开的产物水凝胶；
所述壳聚糖分子结构式为：
其中n为1、2、3、4…自然数；
所述F127-CHO的结构式为：
为了进一步优化上述技术方案，所述PF127-CHO是通过如下步骤制备：在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃下反应20～28h，经浓缩后用正己烷沉淀，过滤得产物。
为了进一步优化上述技术方案，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)。
本发明还公开了一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，具体步骤包括：
(1)制备PF127-CHO：在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃水浴下反应20～28h。经旋转蒸发仪浓缩后用正己烷沉淀除杂，并重复四次，经真空干燥得产物PF127-CHO；
(2)制备PF127-CHO溶液：室温下将步骤(1)所制得的PF127-CHO溶解去离子水中，制备不同质量分数的PF127-CHO溶液；
(3)制备壳聚糖溶液：室温下将壳聚糖固体溶于1.0％(v/v)冰乙酸溶液中，制备壳聚糖溶液；
(4)制备海鞘纳米纤维素：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素；
(5)制备海鞘纳米纤维素悬液：室温下将步骤(4)所制得的海鞘纳米纤维素均匀分散在去离子水中，制备不同质量分数的海鞘纳米纤维素悬液；
(6)交联反应混合物：将步骤(3)制备的壳聚糖溶液与步骤(5)制备的海鞘纳米纤维素悬液混合均匀，随后加入步骤(2)制备的PF127-CHO溶液，混合均匀，得到交联反应混合物；
(7)交联反应：将步骤(6)得到的交联反应混合物并置于35℃～40℃恒温水浴槽中，恒温下反应5min，即得水凝胶产物。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(2)中，所述PF127-CHO溶液的质量分数为36.7～44.0wt％。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(3)中，所述壳聚糖溶液的质量分数为20.56～21.32wt％。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(5)中，所述海鞘纳米纤维素的质量分数为0.75～1.50wt％。
下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例中所用试剂及原料情况如下：
试剂：F127，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；壳聚糖(数均分子量50000)，分析纯，西安华康生物科技有限公司。
氧化剂：Dess-Martin氧化剂，分析纯，北京百灵威科技有限公司。
药品：姜黄素(CUR)分析纯，北京百灵威科技有限公司；阿霉素(DOX)，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
其他原料：二氯甲烷，分析纯，烟台双双化工有限公司；正己烷，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；蒸馏水(H2O)，实验室自制。
实施例1
一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)：冰水浴下将0.2987g Dess-Martin氧化剂和2.1gF127分别溶于83mL二氯甲烷中，待完全分散后，将二者混合于40℃恒温水浴槽中反应24h，反应完毕后，经旋转蒸发仪浓缩后，加入166mL正己烷沉淀2h，重复沉淀四次，过滤后，经真空干燥后的产物PF127-CHO；
步骤(2)：从真海鞘中分离被囊素，并用酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的海鞘纳米纤维素悬液；
步骤(3)：将步骤(2)制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，得到干燥的白色絮状海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
步骤(4)：室温下，将0.3g步骤(3)制得的冻干TCNCs溶于10mL去离子水中，搅拌过夜并超声10min，制备均匀的TCNCs悬液；
步骤(5)：将0.3670g的步骤(1)制得的PF127-CHO溶于1mL去离子水中，搅拌并充分溶解；
步骤(6)：将0.6g壳聚糖(CS)加入到30mL 1.0％(v/v)的冰乙酸溶液中，搅拌并充分溶解；
步骤(7)：将1mL步骤(4)制得的TCNCs悬液加入到1mL步骤(6)制得的壳聚糖溶液中，混合并搅拌均匀；
步骤(8)：将步骤(5)所制得PF127-CHO溶液加入到步骤(7)所制得的混合液中，磁子搅拌均匀；
步骤(9：将步骤(8)制得的混合液置于37℃恒温水浴槽中，恒温下反应5min；
步骤(10)：将步骤(9)制得的水凝胶采用冷冻干燥的方法燥至恒重，即得到目标产物，一种具有具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是改变TCNCs的质量为0.45g，其他制备工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是改变TCNCs的质量为0.60g，其他制备工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是改变PF127-CHO的质量为0.4404g，其他制备工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
实施例5
如实施例1所述，所不同的是改变壳聚糖的质量为0.9g，其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶。
实施例6
将适量实施例1步骤(1)所制备的PF127-CHO与姜黄素(PF127-CHO质量的1％)溶解于适量二氯甲烷中并在40℃下经旋蒸仪浓缩，然后溶于少量水中后冻干得载姜黄素的PF127-CHO。
实施例7
如实施例1所述，所不同的是将PF127-CHO更换为实施例6所制备的在姜黄素的PF127-CHO，同时将阿霉素溶于壳聚糖溶液中(500mg/mL)制备载阿霉素壳聚糖溶液。其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有自修复性和高机械强度的可注射载药壳聚糖基水凝胶。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本发明内容不仅限于上述各实施例的内容，其中一个或几个实施例的组合同样也可以实现本发明目的。
为了进一步验证本发明的优异效果，发明人还对本发明制备的水凝胶进行了如下表征(其中各种水凝胶样品的命名及相应的加入原料量如表1所示)：
表1水凝胶样品的命名及相应的加入的原料量
(一)海鞘纳米纤维素悬液的宏观及微观形貌表征：
如附图2(a)所示，所述海鞘纳米纤维素可以很好地分散在水溶液中，形成均匀稳定的悬浮液。如附图2(b)所示，所述海鞘纳米纤维素呈现规则的棒状结构，经测量可知，TCNCs的直径约为40～60nm，长度约为2～3μm，长径比约为40～60。
(二)水凝胶的红外光谱分析：
对反应物质及所述水凝胶进行红外测试，如附图3所示。其中，图3(A)为PF127-CHO的红外(FT-IR)图谱，图3(B)为水凝胶的红外(FT-IR)图谱，图3(C)为TCNCs的红外(FT-IR)图谱，图3(D)为壳聚糖的红外(FT-IR)图谱。图3(A)中的1737cm-1位置的峰为醛羰基的伸缩振动峰；对比壳聚糖、PF127-CHO、TCNCs及水凝胶的红外谱图，发现水凝胶在1634cm-1位置的峰加强，这是亚胺键的伸缩振动峰，表明氨基与醛基之间发生了席夫碱反应，另外水凝胶的羟基振动峰变宽，并且在2460～2060cm-1位置处出现很多小的吸收峰，表明水凝胶中TCNCs的引入与氢键作用的增强。
(三)水凝胶的自修复性分析：
在水凝胶制备过程中加入染料，制备两种不同颜色的水凝胶。分别将两种颜色的水凝胶切片，并将不同颜色的水凝胶片相互靠近、接触，静置2～3h。如附图5(a)所示，两种颜色的水凝胶片结合形成新的水凝胶，在靠近出处没有明显界限，并且新形成的水凝胶在外力作用下不会破裂。
将水凝胶置于流变仪测试平板上，在恒定扫描频率下，通过循环改变应变值(1％→500％)表征水凝胶的自修复性。如附图5(b)所示，该水凝胶在几个循环测试后仍保持相对稳定的储能模量(storage modulus，G＇)和损耗模量(loss modulus，G＂)，表明水凝胶具有快速高效的自修复性能。
(四)水凝胶的机械性能分析：
将水凝胶置于流变仪测试平板上，测试扫描频率为0.1-10Hz，固定测试应变为1％，测试水凝胶的机械性能。如附图6所示，加入TCNCs后，水凝胶的机械性能明显增强。
(五)水凝胶的体外释药分析：将实施例7所述载药纳米复合水凝胶置于含有10mL释放液(磷酸盐缓冲溶液，pH＝6.0,7.4)的小瓶中，恒温(37℃)振荡(100r/min),定时移取3mL释放液用于测定药物释放率,并补充上等体积的新鲜空白释放液。采用紫外可见分光光度法测定姜黄素和阿霉素在介质中的浓度。其中姜黄素吸收峰在421nm，阿霉素吸收峰在500nm。
如图7(a)所示，所述载药纳米复合水凝胶在pH＝6.0的释放液中的两种药物的释放速率和释放总量均高于在pH＝7.4的释放溶液中的。这说明该水凝胶具有显著的pH敏感性。如图7(b)所示，所述载药纳米复合水凝胶中PF127-CHO的含量对药物的释放速率和释放总量具有明显的影响：提高PF127-CHO含量，药物的释放效率和释放总量随之降低。
(六)水凝胶的细胞毒性分析：
将实施例1和7所述纳米复合水凝胶用紫外灯灭菌15min后，浸入DMEM液体培养基中48h以获得水凝胶浸提液，并用浸提液培养人宫颈癌细胞系(Hela)，然后采用MTT法检测细胞存活率。
如附图8所示，所述纳米复合水凝胶浸提液培养的Hela细胞的细胞存活率达到90％以上，可见水凝胶具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性。同时，单载姜黄素和单载阿霉素的载药水凝胶浸提液培养的Hela细胞的细胞存活率大幅降低，双载两种药物的载药水凝胶浸提液培养的Hela细胞的存活率降低幅度最大，说明载药水凝胶对Hela细胞具有显著的细胞毒性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶，其特征在于，所述水凝胶是以两端被醛基化的F127(PF127-CHO)为交联剂，壳聚糖(CS)链表面的氨基与PF127-CHO胶束表面的醛基反应生成席夫碱键，并以化学交联的方式形成动态可逆的交联网络，同时PF127-CHO胶束之间以物理交联的方式存在于交联网络之中；此外，海鞘纳米纤维素均匀分散于所述动态可逆的交联网络中，与分子链间产生大量的氢键作用形成物理交联，即得本发明公开的产物水凝胶；
所述壳聚糖分子结构式为：
其中n为1、2、3、4…自然数；
所述PF127-CHO的结构式为：
2.根据权利要求1所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶，其特征在于，所述PF127-CHO是通过如下步骤制备：在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃下反应20～28h，经浓缩后用正己烷沉淀，过滤得产物。
3.根据权利要求1所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶，其特征在于，所述海鞘纳米纤维素是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥且白色絮状的海鞘纳米纤维素。
4.如权利要求1所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
(1)从真海鞘中分离被囊素，并对其进行酸解，得到海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
(2)在TCNCs悬液中加入壳聚糖(CS)溶液、两端被醛基化的F127(PF127-CHO)溶液，充分混合均匀，并置于恒温水浴槽中反应5min，即得水凝胶产物，冷冻干燥后得到固体产品。
5.根据权利要求4所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的海鞘纳米纤维素是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥且白色絮状的海鞘纳米纤维素。
6.根据权利要求5所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的TCNCs悬液是将所述海鞘纳米纤维素均匀分散在去离子水中制得，且所述海鞘纳米纤维素悬液的质量分数为0.75～1.50wt％。
7.根据权利要求4所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖(CS)溶液是在室温条件下将壳聚糖固体溶于1.0％(v/v)冰乙酸溶液中制得，且所述壳聚糖溶液占反应混合物体系总质量的质量分数20.56～21.32wt％。
8.根据权利要求4所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，在冰水浴下将F127与Dess-Martin氧化剂分散于二氯甲烷分散混合均匀，然后在38℃～42℃水浴下反应20～28h，经旋转蒸发仪浓缩后用正己烷沉淀，并重复四次，经真空干燥得产物PF127-CHO；随后在室温下将所制得的PF127-CHO溶解去离子水中得到PF127-CHO溶液，其中所述PF127-CHO溶液的质量分数为36.7～44.0wt％。
9.如权利要求1所述的具有自修复性和高机械强度的可注射壳聚糖基水凝胶或根据权利要求4所述的制备方法制得的水凝胶在药物缓控释放领域中的应用。
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