CN112538170A - 一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶贴片及其制备方法和应用，将明胶和丙烯酰基环糊精(Ac‑β‑CD)按一定质量分数溶解于水中，加入一定量的可见光引发剂(核黄素和L‑精氨酸)，制得凝胶前驱体溶液，然后将凝胶前驱体溶液涂敷到心肌表面，并在一定波长的可见光下引发原位成胶。可见光引发原位聚合的水凝胶心肌贴片具有合适的力学强度，和组织结合较紧密，并且在37℃的PBS溶液(含有I型胶原酶的)中存留28天后可完全降解。

Description

一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方 法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法和应用，具体是明胶与丙烯酰化环糊精通过疏水主客体相互作用结合，并且在可见光下引发环糊精上的双键聚合，原位形成水凝胶心肌贴片。
背景技术
天然高分子由于具有良好的生物相容性，常被用于制备水凝胶组织工程支架，但其强度和模量通常不高。化学交联的水凝胶由于其内部较稳定的交联结构，通常难以降解，并且移植到体内后宿主细胞往往难以渗透到凝胶内部。
明胶是胶原部分降解后的产物，具有促进细胞黏附的RGD多肽链段，同时其分子链上一些氨基酸如酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸上的苯环可以和环糊精通过主客体作用相互结合。明胶与丙烯酰基环糊精通过主客体作用结合后，接着引发环糊精上的双键聚合形成交联网络，形成了主客体超分子水凝胶。这种主客体超分子水凝胶在外力的作用下，主客体作用被可逆破坏，从而宿主细胞能够迁移到水凝胶内部，并可作为促进组织再生的生物支架材料。
水凝胶贴片可以负载药物和细胞，并通过在心脏外膜表面缓慢的释放药物或由负载细胞释放的因子来促进受损心肌的恢复。将凝胶前体溶液通过3D打印的刷子涂附到受损心肌表面，并在可见光下发生原位聚合，形成的凝胶贴片与心肌之间的结合力较强，并且这种明胶-环糊精主客体凝胶在体内环境中28天后可完全降解。这种水凝胶贴片具有制备简单，手术操作简便，聚合条件温和，凝胶可完全降解等优点，是一种潜在的治疗心肌梗死的组织工程支架材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法和作为心肌贴片的应用，可用于心梗后缺血心肌的修复治疗。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法和应用，按照下述步骤进行：
丙烯酰化环糊精(Ac-β-CD)的制备：将一定质量的β-环糊精(β-CD)加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入一定量三乙胺并在600rpm下搅拌。将丙烯酰氯、DMF混合溶液用恒压滴液漏斗滴入反应液中，半小时内滴完。在冰浴条件下反应12h，经抽滤除去三乙胺盐酸盐。将反应后溶液通过真空旋蒸浓缩后，用恒压滴液漏斗滴入丙酮中，产物经抽滤后用丙酮洗涤三次。产物在50℃真空烘箱中干燥三天，常温储存。
将明胶和丙烯酰基环糊精(Ac-β-CD)充分溶解到水中得到混合溶液，明胶和Ac-β-CD的质量比为1：(2-3)，然后向混合溶液中加入光引发剂和电子供体，涡旋形成凝胶前驱体溶液，最后在可见光照射下由光引发剂引发明胶和Ac-β-CD通过疏水主客体相互作用结合形成主客体超分子水凝胶。
所述明胶的体积质量分数为4％-20％，Ac-β-CD的体积质量分数为4-40％，体积质量分数为明胶或Ac-β-CD的质量/水的体积。
所述光引发剂为核黄素，用量为Ac-β-CD质量的0.01％-5％；所述电子供体为L-精氨酸，用量为Ac-β-CD质量的1％-30％。
所述可见光的波长为400-700nm，凝胶前驱体溶液在可见光下照射3-5min进行聚合。
可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶在制备水凝胶贴片中的应用，其特征在于：将所述凝胶前驱体溶液通过3D打印的刷子涂敷在组织表面，并在可见光照射下引发原位聚合形成水凝胶贴片。
本发明的有益效果是：相比于现有技术，本发明提供了一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶及其制备方法，通过加入不同质量的明胶和Ac-β-CD以及相应量的核黄素和精氨酸，并在可见光引发下制备不同固含量的水凝胶贴片；这种水凝胶贴片通过原位聚合方式结合在组织表面，凝胶与组织间的相互作用力较强，和组织结合较紧密，在体内动态力学环境下不易脱落，并且在37℃的PBS溶液(含有I型胶原酶的)中存留28天后可完全降解；可见光照射引发聚合对组织细胞的伤害较小，并且在凝胶前驱体溶液中可以包载药物或细胞，从而实现对心梗后缺血心肌的治疗。
附图说明
图1是本发明的实施例操作示意图。
图2是Ac-β-CD的核磁1H谱图。
具体实施方式
下面是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
本发明实施例所使用的药品清单如下表所示：
Figure BDA0002209622120000031
本发明所使用的丙烯酰化环糊精(Ac-β-CD)按照下述方法制备：将10gβ-环糊精(β-CD)加入130mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入7mL三乙胺并在600rpm下搅拌。将5mL丙烯酰氯、20mL DMF混合溶液用恒压滴液漏斗滴入反应液中，半小时内滴完。在冰浴条件下反应12h，经抽滤除去三乙胺盐酸盐。将反应后溶液通过真空旋蒸浓缩后，用恒压滴液漏斗滴入丙酮中，产物经抽滤后用丙酮洗涤三次。产物在50℃真空烘箱中干燥三天，常温储存。由图2可见，丙烯酰化环糊精(Ac-β-CD)成功制备，其取代度DS＝1.12。
实施例1
将0.1g明胶和0.2g Ac-β-CD溶解于去离子水中，并加入0.0004g的核黄素以及0.02g的L-精氨酸，经过涡旋后制得混合凝胶前驱体溶液。通过3D打印的刷子将凝胶前体溶液涂敷与鸡心表面，并在450nm的蓝光下照射5min，即可制得主客体超分子水凝胶贴片。
实施例2
将0.1g明胶和0.25g Ac-β-CD溶解于去离子水中，并加入0.0005g的核黄素以及0.025g的L-精氨酸，经过涡旋后制得混合凝胶前驱体溶液。通过3D打印的刷子将凝胶前体溶液涂敷与鸡心表面，并在450nm的蓝光下照射5min，即可制得主客体超分子水凝胶贴片。
实施例3
将0.1g明胶和0.3g Ac-β-CD溶解于去离子水中，并加入0.0006g的核黄素以及0.03g的L-精氨酸，经过涡旋后制得混合凝胶前驱体溶液。通过3D打印的刷子将凝胶前体溶液涂敷与鸡心表面，并在450nm的蓝光下照射5min，即可制得主客体超分子水凝胶贴片。
实施例4
将0.1g明胶和0.3g Ac-β-CD溶解于去离子水中，并加入0.0006g的核黄素以及0.03g的L-精氨酸，经过涡旋后制得混合凝胶前驱体溶液。通过3D打印的刷子将凝胶前体溶液涂敷与鸡心表面，并在450nm的蓝光下照射3min，即可制得主客体超分子水凝胶贴片。
由图1可见，本发明四个实施例均在鸡心表面通过可见光引发原位聚合形成了主客体超分子水凝胶贴片。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶的制备，且表现出与本发明实施例基本一致的性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶，其特征在于：由下述步骤制备得到：
将明胶和丙烯酰基环糊精充分溶解到水中得到混合溶液，明胶和丙烯酰基环糊精的质量比为1：(2-3)，然后向混合溶液中加入光引发剂和电子供体，涡旋形成凝胶前驱体溶液，最后在可见光照射下由光引发剂引发明胶和丙烯酰基环糊精通过疏水主客体相互作用结合形成主客体超分子水凝胶。
2.根据权利要求1所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶，其特征在于：所述明胶的体积质量分数为4％-20％，丙烯酰基环糊精的体积质量分数为4-40％，体积质量分数为明胶或丙烯酰基环糊精的质量/水的体积。
3.根据权利要求1所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶，其特征在于：所述光引发剂为核黄素，用量为丙烯酰基环糊精质量的0.01％-5％；所述电子供体为L-精氨酸，用量为丙烯酰基环糊精质量的1％-30％。
4.根据权利要求1所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶，其特征在于：所述可见光的波长为400-700nm，凝胶前驱体溶液在可见光下照射3-5min进行聚合。
5.一种可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
将明胶和丙烯酰基环糊精充分溶解到水中得到混合溶液，明胶和丙烯酰基环糊精的质量比为1：(2-3)，然后向混合溶液中加入光引发剂和电子供体，涡旋形成凝胶前驱体溶液，最后在可见光照射下由光引发剂引发明胶和丙烯酰基环糊精通过疏水主客体相互作用结合形成主客体超分子水凝胶。
6.根据权利要求5所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：所述明胶的体积质量分数为4％-20％，丙烯酰基环糊精的体积质量分数为4-40％，体积质量分数为明胶或丙烯酰基环糊精的质量/水的体积。
7.根据权利要求5所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：所述光引发剂为核黄素，用量为丙烯酰基环糊精质量的0.01％-5％；所述电子供体为L-精氨酸，用量为丙烯酰基环糊精质量的1％-30％。
8.根据权利要求5所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：所述可见光的波长为400-700nm，凝胶前驱体溶液在可见光下照射3-5min进行聚合。
9.权利要求1-4任一项所述的可见光引发原位聚合的主客体超分子水凝胶在制备水凝胶贴片中的应用，其特征在于：将所述凝胶前驱体溶液通过3D打印的刷子涂敷在组织表面，并在可见光照射下引发原位聚合形成水凝胶贴片。
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