CN113842493A - 一种温敏水凝胶的制备方法及温敏水凝胶 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种温敏水凝胶的制备方法，通过铈掺杂生物活性玻璃，以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶，上述温敏水凝胶接触体液后，通过降解释放铈离子和硅、钙等生物活性离子，在清除创面过量活性氧的同时，促进创面修复，有助于糖尿病溃疡等慢性创面的治疗。另外，本申请还提供了一种温敏水凝胶。
Description
技术领域
本申请涉及生物医用材料技术领域，特别涉及一种温敏水凝胶的制备方法及温敏水凝胶。
背景技术
水凝胶材料是一种非常重要的生物材料，通常作为止血材料与药物释放载体使用。水凝胶通常为极为亲水的三维网状结构，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。纤维素是自然界最丰富的具有生物降解性的高分子材料，存在广泛、性能优异、存在丰富且价格低廉。甲基纤维素(MC)是纤维素的甲基醚，结构简单，性能优秀。目前甲基纤维素已被广泛应用于药剂辅料方面，如粘合剂、增稠剂等，对人体非常安全。MC溶于水后，由于自身的亲水链与疏水基团的相互作用，可以形成一种温度敏感型水凝胶，该过程可逆，且各项性能优异。生物活性玻璃是一种主要由SiO2、Na2O、CaO和P2O5组成的具备生物活性的陶瓷材料，其不仅在骨组织修复领域具有乐观的应用前景，而且该材料在溶液释放的Si、Ca离子等能较好的促进内皮细胞的血管化，提高相关血管生长因子，如血管内皮细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子的表达，从而促进创面修复。
铈(Cerium)是镧系稀土元素，在地表的丰富度非常高。氧化铈CeO2中的Ce可以在+3与+4价态件相互转化，这一过程伴随着缺陷氧的生成与消除。因而利用纳米CeO2可以清除过量的ROS，以达到治疗慢性创面的目的。
近年来对慢性创面活性氧(ROS)清除的方案多以氧化铈纳米粒子为主，该方法仅局限于活性氧的清除能力，功能单一，缺乏创面修复的促进作用。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术中对慢性创面ROS清除局限于活性氧的清除能力，功能单一，缺乏创面修复的促进作用的技术缺陷提供兼具ROS清除和创面修复促进功能的温敏水凝胶的制备方法。
为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
本申请提供了一种温敏水凝胶的制备方法，包括下述步骤：
制备铈掺杂生物活性玻璃；
以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶。
在其中一些实施例中，在制备铈掺杂生物活性玻璃的步骤中，具体包括下述步骤：
在溶剂中添加氨水使所述溶剂保持碱性；
在所述溶剂中加入硅源、磷源、铈源及钙源，并在35～45℃温度下磁力搅拌，收集浅棕色沉淀物；
所述浅棕色沉淀物经洗涤、干燥后得到浅棕色块状物；
将所述浅棕色块状物研磨后进行高温处理，冷却得到纳米级的铈掺杂生物活性玻璃。
在其中一些实施例中，
所述溶剂为无水乙醇及水混合溶液，所述溶剂中还添加有催化剂，所述催化剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十二胺或其他表面表面活性剂中至少一种，所述硅源包括正硅酸乙酯，所述磷源包括磷酸三乙酯，所述铈源包括六水硝酸铈、硝酸铵铈及氯化铈中一种，所述钙源包括四水硝酸钙、氯化钙中的一种，所述催化剂与所述硅源质量比为(2～4):(15～20)，所述硅源、磷源、铈源及钙源质量比为(15～20):(1.5～3):(0.1～5):(3～6)。
在其中一些实施例中，所述氨水的添加量与所述硅源的添加量保持相等。
在其中一些实施例中，在将所述浅棕色块状物研磨后进行高温处理，冷却得到纳米级的铈掺杂生物活性玻璃的步骤中，所述高温处理的升温速率为0.5～5℃/min，高温温度为600-700℃，时间在2.5h以上。
在其中一些实施例中，所述铈掺杂生物活性玻璃为尺寸均一的微纳米球形结构，粒径在300nm～600nm之间，铈元素含量CCe为0<CCe<20％mol/mol。
在其中一些实施例中，在以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶的步骤中，具体包括下述步骤：
于室温下，将所述铈掺杂生物活性玻璃、所述温敏高分子材料和抗菌材料添加到磷酸盐缓冲溶液中，得到混合溶液，其中：所述温敏高分子材料的含量为6-10wt％，所述铈掺杂生物活性玻璃的负载量CBG为0＜CBG＜5wt％，所述抗菌材料的含量Can为0＜Can＜2wt％；
将所述混合溶液在50-80℃磁力搅拌充分后，冷却至室温，得到所述温敏水凝胶，所述温敏水凝胶负载有所述铈掺杂生物活性玻璃。
在其中一些实施例中，所述温敏高分子材料包括甲基纤维素或羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素或泊洛沙姆或羟丙基壳聚糖中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述抗菌材料包括季铵盐壳聚糖或聚赖氨酸中至少一种。
另外，本申请还提供了一种温敏水凝胶，由所述的温敏水凝胶的制备方法制备得到。
采用上述技术方案，本申请实现的技术效果如下：
本申请提供的温敏水凝胶的制备方法，通过铈掺杂生物活性玻璃，以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶，上述温敏水凝胶接触体液后，通过降解释放铈离子和硅、钙等生物活性离子，在清除创面过量活性氧的同时，促进创面修复，有助于糖尿病溃疡等慢性创面的治疗。
此外，本发明提供的温敏性水凝胶，由于含有温敏高分子材料、抗菌材料、磷酸盐缓冲液及微纳米级铈掺杂生物活性玻璃，在常温下呈现良好的流动态，接触体温后可以自发固化形成凝胶，实现对创面的充分覆盖保护；且由于温敏高分子材料和磷酸盐缓冲液负责提供体温响应固化特征，抗菌材料负责提供抗菌性能，铈掺杂生物活性玻璃负责提供活性氧清除和创面修复促进功能，各组分的协同有利于促进慢性创面的加速愈合。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施方式提供的温敏水凝胶的制备方法的步骤流程图。
图2为本申请实施例1提供的纳米级铈掺杂硅酸盐生物活性玻璃的扫描电镜图。
图3为本申请实施例1制备的温敏水凝胶的溶胶-凝胶转变流变图。
图4为本申请实施例1制备的温敏复合凝胶浸出液的溶血特性图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
请参阅图1，为本申请一实施方式提供的温敏水凝胶的制备方法100的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：制备铈掺杂生物活性玻璃。
在其中一些实施例中，在制备铈掺杂生物活性玻璃的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S111：在溶剂中添加氨水使所述溶剂保持碱性。
具体地，所述溶剂为无水乙醇及水混合溶液。
进一步地，所述溶剂中还添加有催化剂，所述催化剂为十六烷基三甲基溴化铵。
具体地，所述氨水的添加量与所述硅源的添加量保持相等。
可以理解，通过氨水调节pH，促进硅源的水解，且可调整范围为体积比氨水：正硅酸乙酯＝(0.5-1.5)：1，当氨水与硅源1:1可以达到最佳水解效率。
步骤S112：在所述溶剂中加入硅源、磷源、铈源、钙源，并在35～45℃温度下磁力搅拌，收集浅棕色沉淀物。
可以理解，上述浅棕色沉淀物即为纳米级生物玻璃溶胶。
具体地，所述硅源包括正硅酸乙酯，所述磷源包括磷酸三乙酯，所述铈源包括六水硝酸铈、硝酸铵铈及氯化铈中一种，所述钙源包括四水硝酸钙、氯化钙中的一种，所述催化剂与所述硅源质量比为(2～4):(15～20)，所述硅源、磷源、铈源及钙源质量比为(15～20):(1.5～3):(0.1～5):(3～6)。
步骤S113：所述浅棕色沉淀物经洗涤、干燥后得到浅棕色块状物。
具体地，将上述浅棕色沉淀物，经去离子水、无水乙醇交替洗涤3次后真空干燥得到浅棕色块状物。
步骤S114：将所述浅棕色块状物研磨后进行高温处理，冷却得到纳米级的铈掺杂生物活性玻璃。
具体地，所述高温处理的升温速率为0.5～5℃/min，高温温度为600-700℃，时间在2.5h以上。
进一步地，所述铈掺杂生物活性玻璃为尺寸均一的微纳米球形结构，粒径在300nm～600nm之间，铈元素含量CCe为0<CCe<20％mol/mol。
可以理解，上述铈掺杂生物活性玻璃，由于具有尺寸均一、比表面积大和较高的化学活性等优点，可掺杂其它氧化物以获得更多功能，或进一步使用硼酸盐生物玻璃以提高其生物活性。
步骤S120：以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶。
在其中一些实施例中，在以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S121：于室温下，将所述铈掺杂生物活性玻璃、所述温敏高分子材料和抗菌材料添加到磷酸盐缓冲溶液(PBS溶液)中，得到混合溶液，其中：所述温敏高分子材料的含量为6-10wt％，所述铈掺杂生物活性玻璃的负载量CBG为0＜CBG＜5wt％，所述抗菌材料的含量Can为0＜Can＜2wt％。
具体地，所述温敏高分子材料包括甲基纤维素或羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素或泊洛沙姆或羟丙基壳聚糖中的至少一种。
具体地，所述抗菌材料包括季铵盐壳聚糖或聚赖氨酸中至少一种。
步骤S122：将所述混合溶液在50-80℃磁力搅拌充分后，冷却至室温，得到所述温敏水凝胶，所述温敏水凝胶负载有所述铈掺杂生物活性玻璃。
本申请提供的温敏水凝胶的制备方法，通过铈掺杂生物活性玻璃，以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶，上述温敏水凝胶在室温下具有良好的流动性，接触体液后，通过降解释放铈离子和硅、钙等生物活性离子，在清除创面过量活性氧的同时，促进创面修复，有助于糖尿病溃疡等慢性创面的治疗。
此外，本发明提供的温敏性水凝胶，由于含有温敏高分子材料、抗菌材料、磷酸盐缓冲液及微纳米级铈掺杂生物活性玻璃，在常温下呈现良好的流动态，接触体温(30-37℃)后可以自发固化形成凝胶，实现对创面的充分覆盖保护；且由于温敏高分子材料和磷酸盐缓冲液负责提供体温响应固化特征，抗菌材料负责提供抗菌性能，铈掺杂生物活性玻璃负责提供活性氧清除和创面修复促进功能，各组分的协同有利于促进慢性创面的加速愈合。
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述，一下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
实施例1
1.铈掺杂生物活性玻璃的制备：
以体积比为20ml:40ml的无水乙醇/水混合溶液为溶剂，加入0.12g十六烷基三甲基溴化铵，0.75ml氨水，使所述溶剂保持碱性，搅拌至完全溶解；然后逐滴加入0.75ml正硅酸乙酯和0.055ml磷酸三乙酯，最后加入0.10g六水硝酸铈，0.12g四水硝酸钙，在35℃下磁力搅拌3h，可得到浅棕色沉淀物(纳米级生物玻璃溶胶)；收集白色沉淀，经无水乙醇、去离子水交替洗涤3次后真空干燥得到白色块状物；最后将白色沉淀转移至坩埚中高温煅烧(升温速率：1℃/min，维持温度：650℃，维持时间：3h)高温处理后，自然冷却得到粉末状的白色粉末，即为纳米级的铈掺杂生物活性玻璃。该生物活性玻璃粒径为300-500nm，铈含量为5％。
如图2所示，为本申请实施例1纳米级铈掺杂硅酸盐生物活性玻璃的扫描电镜图，电镜图显示所制备的纳米级生物玻璃的粒径为300-600nm。
2.负载铈掺杂生物活性玻璃的温敏水凝胶的制备
在常温下，将0.7g甲基纤维素(MC)，0.1g季铵盐壳聚糖和0.2g铈掺杂生物活性玻璃(CeBG)，加入9.0g PBS溶液中，60℃磁力搅拌至完全溶解后，冷却至室温，得到负载铈掺杂生物活性玻璃的甲基纤维素温敏水凝胶。该凝胶的溶液-凝胶转变温度为35.9℃，铈掺杂生物活性玻璃含量为2wt％。
如图3所示，为本发明实施例1制备出的温敏水凝胶的溶胶-凝胶转变流变图，图中复合凝胶从15℃到45℃内储能模量(G′)和耗能模量(G″)的变化曲线图，溶胶-凝胶转变温度为36.1℃。
如图4所示，为本发明实施例1制备出的温敏复合凝胶浸出液的溶血特性，显示凝胶的溶血良好。
实施例2
1.铈掺杂生物活性玻璃的制备：
以体积比为20ml:40ml的无水乙醇/水混合溶液为溶剂，加入0.12g十六烷基三甲基溴化铵，0.75ml氨水，使所述溶剂保持碱性，搅拌至完全溶解；然后逐滴加入0.75ml正硅酸乙酯和0.055ml磷酸三乙酯，最后加入0.10g六水硝酸铈，0.12g四水硝酸钙，在37℃下磁力搅拌3h，可得到浅棕色沉淀物(纳米级生物玻璃溶胶)；收集白色沉淀，经无水乙醇、去离子水交替洗涤2次后真空干燥得到白色块状物；最后将白色沉淀转移至坩埚中高温煅烧(升温速率：0.5℃/min，维持温度：700℃，维持时间：2.5h)高温处理后，自然冷却得到粉末状的白色粉末，即为纳米级的铈掺杂生物活性玻璃。该生物活性玻璃粒径为300nm，铈含量为20％。
2.负载铈掺杂生物活性玻璃的温敏水凝胶的制备
在常温下，将0.6g羟丙基纤维素，0.1g聚赖氨酸和0.2g铈掺杂生物活性玻璃(CeBG)，加入9.0g PBS溶液中，60℃磁力搅拌至完全溶解后，冷却至室温，得到负载铈掺杂生物活性玻璃的甲基纤维素温敏水凝胶。该凝胶的溶液-凝胶转变温度为36℃，铈掺杂生物活性玻璃含量为3wt％。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
制备铈掺杂生物活性玻璃；
以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶。
2.如权利要求1所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，在制备铈掺杂生物活性玻璃的步骤中，具体包括下述步骤：
在溶剂中添加氨水使所述溶剂保持碱性；
在所述溶剂中加入硅源、磷源、铈源及钙源，并在35～45℃温度下磁力搅拌，收集浅棕色沉淀物；
所述浅棕色沉淀物经洗涤、干燥后得到浅棕色块状物；
将所述浅棕色块状物研磨后进行高温处理，冷却得到纳米级的铈掺杂生物活性玻璃。
3.如权利要求2所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇及水混合溶液，所述溶剂中还添加有催化剂，所述催化剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十二胺或其他表面表面活性剂中至少一种，所述硅源包括正硅酸乙酯，所述磷源包括磷酸三乙酯，所述铈源包括六水硝酸铈、硝酸铵铈及氯化铈中的一种，所述钙源包括四水硝酸钙、氯化钙中的一种，所述催化剂与所述硅源的质量比为(2～4):(15～20)，所述硅源、磷源、铈源及钙源的质量比为(15～20):(1.5～3):(0.1～5):(3～6)。
4.如权利要求2所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，所述氨水的添加量与所述硅源的添加量保持相等。
5.如权利要求2所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，在将所述浅棕色块状物研磨后进行高温处理，冷却得到纳米级的铈掺杂生物活性玻璃的步骤中，所述高温处理的升温速率为0.5～5℃/min，高温温度为600-700℃，时间在2.5h以上。
6.如权利要求1所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，所述铈掺杂生物活性玻璃为尺寸均一的微纳米球形结构，粒径在300nm～600nm之间，铈元素含量CCe为0<CCe<20％mol/mol。
7.如权利要求1所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，在以温敏高分子材料为载体，负载所述铈掺杂生物活性玻璃，得到所述温敏水凝胶的步骤中，具体包括下述步骤：
于室温下，将所述铈掺杂生物活性玻璃、所述温敏高分子材料和抗菌材料添加到磷酸盐缓冲溶液中，得到混合溶液，其中：所述温敏高分子材料的含量为6-10wt％，所述铈掺杂生物活性玻璃的负载量CBG为0＜CBG＜5wt％，所述抗菌材料的含量Can为0＜Can＜2wt％；
将所述混合溶液在50-80℃磁力搅拌充分后，冷却至室温，得到所述温敏水凝胶，所述温敏水凝胶负载有所述铈掺杂生物活性玻璃。
8.如权利要求7所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，所述温敏高分子材料包括甲基纤维素或羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素或泊洛沙姆或羟丙基壳聚糖中的至少一种。
9.如权利要求7所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，所述抗菌材料包括季铵盐壳聚糖或聚赖氨酸中至少一种。
10.一种温敏水凝胶，其特征在于，由权利要求1至9任一项所述的温敏水凝胶的制备方法制备得到。
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