CN114196058B

CN114196058B - 一种两性离子凝胶海绵及其制备方法

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Publication number: CN114196058B
Application number: CN202111548516.6A
Authority: CN
Inventors: 张静; 陆杰
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114196058A

Abstract

本发明公开了一种可注射的两性离子凝胶海绵，其制备方法为：配制两种单体的混合溶液，加入适量交联剂后置于4 ^oC的环境中预冷；取另一模具加入适量引发剂，随后置于‑20 ^oC中的冰箱内进行预冷；待二者均降至与各自环境温度相同时，将单体混合溶液迅速转移至置于‑20 ^oC冰箱内的模具中，并立刻加入适量促进剂得到凝胶预聚液；随后，将装有该预聚液的模具继续置于‑20 ^oC的冰箱内反应24 h；反应结束后取出模具升至室温，即得到目标产物。本发明所制备的两性离子凝胶海绵具有出色的大孔结构，使一定尺寸的凝胶海绵可以通过常规注射器进行注射，且制备方法简单，安全性高，在生物医用领域具有较大的应用前景。

Description

一种两性离子凝胶海绵及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子水凝胶技术领域，尤其涉及一种两性离子凝胶海绵及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种含大量水且具有空间三维网状结构的高分子多孔材料，在医学领域得到了广泛的应用。传统水凝胶具有孔隙狭小、韧性差及回复性有限等缺点，从而限制了其应用范围。近年来，具有大孔结构的凝胶因其具有高效的负载效率和极大的回复性等优势而受到了广泛关注和研究。另外，正是由于凝胶的大孔结构而使其能够通过常规注射器的注射，操作简便且能够减小对患者的伤害，增加患者的顺应性。凝胶海绵有望广泛应用于组织修复和药物传递等领域。

两性离子水凝胶是以两性离子单体为原料制得的一种水凝胶。此类水凝胶在宏观上表现出电中性，但其因三维网络中含有高密度的阴阳离子基团而具有较强的亲水性和亲和性。另一方面，正是由于具有较强的水合能力，两性离子水凝胶对纤维蛋白表现出了较低的吸附性，因此，在作为体内植入物时，可以较大程度地降低体内免疫反应的发生，以及防止纤维囊的产生。

两性离子凝胶海绵将两性离子聚合物与凝胶海绵的优势结合于一体，使水凝胶具有可注射性的同时，也大大提高了生物相容性，从而使其在药物缓释领域具有更广阔的应用空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种两性离子凝胶海绵及其制备方法。

本发明要实现的目的包括：一、制备得到具有大孔结构的两性离子凝胶海绵；二、使凝胶海绵对某些小分子药物和蛋白药物有缓释作用；三、凝胶海绵具有可以通过常规注射器注射的可注射性；四、凝胶海绵具有优异的生物相容性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种两性离子凝胶海绵，所述凝胶由两种单体通过低温冰冻凝胶法制备得到，其中一种单体为两性离子单体。

一种两性离子凝胶海绵，按如下方法制得：

1）配制两种单体和交联剂的混合溶液并预冷；

2）将预冷后的混合溶液置于模具中得到预液并去除气泡；

3）将引发剂和促进剂添加到预液中，并置于低温环境中反应；

4）反应结束后，即得到所述的两性离子凝胶海绵。

作为优选，在步骤1）中添加小分子模型药物或蛋白质模型药物，其他步骤不变，即得到载药两性离子凝胶海绵。

作为优选，步骤1）所述混合溶液中：两性离子单体浓度为0.45～1.08 mol/L；另一单体浓度为0.05～0.4 mol/L；交联剂用量为相对于总单体的0.05～0.5 mol%；所述配制过程为将两种单体与交联剂溶解于溶剂中，随后搅拌均匀；所述溶剂为水；所述预冷过程为将混合溶液置于4 ^oC的冰箱中冷却20 min。

所述的两性离子单体为磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯（SBMA），另一单体为甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）。

所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）。

所述模具为玻璃容器，所述去除混合溶液中气泡的方法为超声。

作为优选，步骤3）所述引发剂的用量为6 mg/mL；所述促进剂的用量为6.8 μL/mL。

所述引发剂为硫酸铵（APS）；所述促进剂为四甲基乙二胺（TEMED）；

所述低温环境为-20 ^oC冰箱中；所述反应时长为24 h。

所述小分子模型药物为姜黄素（CUR），所述蛋白质模型药物为异硫氰酸荧光素修饰的牛血清白蛋白（BSA-FITC）；

所述小分子模型药物的用量为1 mg/mL，所述蛋白质模型药物的用量为1 mg/mL。

所述两性离子凝胶海绵所具有的大孔结构的平均孔径约为112 μm。

本发明的有益效果在于：两性离子凝胶海绵由含有两性离子的单体聚合得到，具有大孔结构、可注射性和良好的生物相容性；对某些小分子药物和蛋白药物有缓释效果；制备方法简洁、高效且环保。

附图说明

图1为本发明实施例1～3所制得的不同单体总含量两性离子凝胶海绵的压缩循环曲线；

图2为本发明实施例4所制得的不同交联剂含量两性离子凝胶海绵的压缩循环曲线；

图3为本发明实施例例2所制得的两性离子凝胶海绵通过16号常规注射器注射前（上）后（下）的实体照片；

图4为本发明实施例5、6所制得的分别载有小分子模型药物CUR和蛋白模型药物FITC-BSA的两性离子凝胶海绵的缓释效果图。

图5a为本发明实施例2所制得的两性离子凝胶海绵植入C57BL6小鼠背部7 d后，取出凝胶海绵及其附近组织通过苏木精-伊红染色（H&E）所得的照片。

图5b为本发明实施例2所制得的两性离子凝胶海绵植入C57BL6小鼠背部28 d后，取出凝胶海绵及其附近组织通过苏木精-伊红染色（H&E）所得的照片。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式给出详细介绍，但本发明的保护范围不限于此。

如无特殊说明，本发明实施例中所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例中所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

实施例1～6

一种两性离子凝胶海绵的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：

1）配制两种单体和交联剂的混合溶液并预冷；

2）将预冷后的混合溶液置于模具中得到预液并去除气泡；

4）反应结束后，即得到所述的两性离子凝胶海绵。

5）在步骤1）中添加小分子模型药物或蛋白质模型药物，其他步骤不变，即得到载药两性离子凝胶海绵。

其中，步骤1）所述的单体为磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯（SBMA）和甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA），混合溶液的溶剂均为去离子水，所述引发剂为硫酸铵（APS），所述促进剂为四甲基乙二胺（TEMED），且步骤1）配料如下表表1所示，其中EGDMA的用量为相对于单体总量的相对摩尔百分比（mol%）。

表1 步骤1）配料表。

依照表1配料进行制备，并在制备结束后对实施例1～6所制得的两性离子凝胶海绵进行性能测试。所述性能测试包括以下几个方面：

（1）循环压缩性能测试：用玻璃模具，制备出底圆半径为5 mm，高15 mm的凝胶海绵，使用刀片裁得底圆半径为5 mm，高5 mm的凝胶海绵试样。将实施例1～4取3个试样于Instron 5966万能材料试验机上进行循环压缩实验，压缩速度为5 mm/min，测试其循环压缩性能。

（2）可注射性测试：用刀片将例2凝胶海绵裁成4×4×1 mm的试样，将试样和0.5mL生理盐水一同加入到注射器内，通过16号针头进行可注射性实验，观察注射前后凝胶海绵的形态变化。

（3）体外释放率测试：将例5、6载药凝胶海绵试样分别加入5 mL的PBS缓冲溶液（pH7.4）中，37 ^oC条件下缓慢振摇，隔段时间取样1 mL并加入新鲜PBS缓冲溶液1 mL，用紫外可见分光光度计和荧光分光光度计分别测定CUR和FITC-BSA的量，通过标准曲线分别计算CUR和FITC-BSA的累计释放量，时间间隔为0、0.5 h、1 h、3 h、6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、4d、5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、10 d、12 d、14 d、16 d、18 d、20 d、22 d、24 d、26 d、28 d、30 d。

（4）体内生物相容性测试：用刀片将例2两性离子凝胶海绵裁成4×4×1 mm的试样，随后使用常规注射器通过16号针头将其分别注射到10只4周龄的雌性C57BL6小鼠的背部，在植入后第7 d和第28 d安乐死小鼠，取出凝胶海绵及其附近肌肉组织，使用4 %多聚甲醛对组织进行固定，利用石蜡包埋并切片，最后使用H&E染色并通过显微镜观察组织炎症情况。

实施例1～3所制得凝胶海绵的压缩循环曲线如图1所示。随着单体总浓度的增加，凝胶海绵的杨氏模量逐渐增大，但当单体总浓度达到1.2 mol/mL时，凝胶海绵样品难以完成一个压缩循环试验，当单体总浓度为0.8 mol/mL时，凝胶海绵的杨氏模量为3.18 kPa，并能完成一个95%的压缩循环试验。

实施例4所制得凝胶海绵的压缩循环曲线如图2所示。随着交联剂浓度的增加，凝胶海绵的杨氏模量逐渐增大，但只有当交联剂浓度达到总单体量的2 mol%时，凝胶海绵可以完成一个95%的压缩循环试验，并且杨氏模量为3.18 kPa。

实施例2所制得的凝胶海绵通过16号常规注射器注射前后的实体照片如图3所示。凝胶海绵通过16号常规注射器注射后，形貌能够快速回复到注射前的形貌。

实施例5、6所制得载药凝胶海绵的缓释曲线如图4所示。凝胶海绵对于小分子模型药物CUR或蛋白质模型药物都具有明显的缓释效果，可持续释放一个月，且释放率均达到了95 %以上。

实施例2所制得的两性离子凝胶海绵在小鼠体内植入7 d和28 d的肌肉组织切片H&E染色照片如图5a、图5b所示。从肌肉组织切片H&E染色照片可以看出无明显的炎症反应，说明两性离子凝胶海绵确实具有优异的生物相容性。

通过上述大量的检测结果表明，本发明技术方案所制得的两性离子凝胶海绵确实具有可通过常规注射器注射的可注射性，对小分子药物和大分子药物都具有一定的缓释作用，且生物相容性良好，在生物医用领域，尤其是作为药物递送支架等方面具有广阔的应用前景。

Claims

1. 一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，所述凝胶海绵是由两种单体通过低温冰冻凝胶法制得，其中一种单体为两性离子单体，两性离子单体浓度为0.45～1.08mol/L，另一单体浓度为0.05～0.4 mol/L，所述的凝胶海绵具有平均直径为112 μm的大孔结构，所述制备方法包括以下制备步骤：

步骤1）配制两种单体和交联剂的混合溶液并预冷；配制过程为将两种单体与交联剂溶解于溶剂中，随后搅拌均匀，溶剂包括水；所述混合溶液中：所述两性离子单体为磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯SBMA，另一单体为甲基丙烯酸羟乙酯HEMA；所述交联剂包括二甲基丙烯酸乙二醇酯EGDMA；

步骤2）将预冷后的混合溶液置于模具中得到预液并去除气泡；

步骤3）将引发剂和促进剂添加到预液中，并置于低温环境中反应；

步骤4）反应结束后，即得到所述的两性离子凝胶海绵。

2.如权利要求1所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，在步骤1）中添加小分子模型药物或蛋白质模型药物，即得到载药两性离子凝胶海绵。

3. 根据权利要求1或2所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤1）所述混合溶液中：交联剂用量为相对于总单体的0.05～0.5 mol%；所述预冷过程为将混合溶液置于4 oC的冰箱中冷却20 min。

4.根据权利要求1所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的模具包括玻璃模具；所述去除混合溶液中气泡的方法为超声。

5. 根据权利要求1所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤3）中：所述引发剂为过硫酸铵APS；所述促进剂为四甲基乙二胺TEMED；所述低温环境为-20 ℃冰箱中；所述反应时长为24 h。

6. 根据权利要求1或5所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述引发剂用量为5～10 mg/mL；所述促进剂用量为5.0～8.6 μL/mL。

7.根据权利要求2所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，所述小分子模型药物为姜黄素CUR，所述蛋白质模型药物为异硫氰酸荧光素修饰的牛血清白蛋白BSA-FITC。

8. 根据权利要求2或7所述的一种两性离子凝胶海绵的制备方法，其特征在于，所述小分子模型药物的用量为1～3 mg/mL，所述蛋白质模型药物的用量为1～3 mg/mL。