CN114230812A - 一种功能性水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种功能性水凝胶及其制备方法和应用。所述功能性水凝胶包括相互交织的第一凝胶网络结构和第二凝胶网络结构，所述第一凝胶网络结构由壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖交联而成，所述第二凝胶网络结构由所述第一凝胶网络结构与含羟基小分子交联剂交联形成。本发明的功能性水凝胶同时具有良好的生物相容性、高的机械强度、优异的可注射性能、适宜的导电性、良好的抑菌性和自修复性能等功能。

Description

一种功能性水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种功能性水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
由于水凝胶质地柔软，具有与细胞外基质极其相似的性质，与生物体有着密切的关系，近年来在生物医用领域的应用范围逐渐拓宽。性能适中的水凝胶在柔性电子器件、生物传感器、人工肌肉、人造器官、人造软骨、智能微开关、药物递送等方面有很大的应用前景。随着生物医学的发展，对高端医用材料的需求也不断提高，功能性水凝胶由于其出色的多功能性在生物医学领域的应用潜力逐渐突显。一款功能性的水凝胶可以解决单一功能水凝胶使用范围受限的难题，同时也能拓展其应用范围。
作为生物医用材料，具有良好的生物相容性是材料的基本性能，具有高强度才能拓宽其应用范围；具有抑菌抗炎性可克服光谱杀菌剂对细菌、真菌等的药物耐受性；具有导电性使其在生物传感器、人工肌肉、智能微开关等方面的应用具有重要意义；可注射性和自修复性使其在高端医用敷料方面应用优势凸显，有望改变我国高端医用敷料依赖进口的现状。然而，现有的水凝胶很少见同时具备高生物相容性、高强度、可注射性、导电性、抑菌抗炎性和自修复性等多种性能的，限制其在生物医用领域的应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种功能性水凝胶，同时具有良好的生物相容性、高机械强度、可注射性、导电性、抑菌抗炎和自修复等多种性能。
同时，本发明还提供所述功能性水凝胶的制备方法和应用。
具体地，本发明采取如下的技术方案：
本发明的第一方面是提供一种功能性水凝胶，所述功能性水凝胶包括相互交织的第一凝胶网络结构和第二凝胶网络结构，所述第一凝胶网络结构由壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖交联而成，所述第二凝胶网络结构由所述第一凝胶网络结构与含羟基小分子交联剂交联形成。
壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖接触后可通过席夫碱反应和分子间作用力原位快速成胶，形成具有共价键的凝胶网络结构(第一凝胶网络结构)，通过引入含羟基小分子交联剂，可在第一凝胶网络结构的基础上形成第二凝胶网络，使得功能性水凝胶具有高强度。同时，经测试，该凝胶还具有良好的生物相容性、优异的可注射性能、适宜的导电性、良好的抑菌性和自修复性能等。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖衍生物包括羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖、季铵化壳聚糖中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述双醛基改性多糖为含羧基多糖的双醛基改性物；所述含羧基多糖包括海藻酸钠、葡聚糖、果胶中的至少一种。即，所述双醛基改性多糖包括双醛基改性海藻酸钠、双醛基改性葡聚糖、双醛基改性果胶中的至少一种。海藻酸钠、葡聚糖、果胶等富含羧基，其中的羧基可被氧化为双醛基。
在本发明的一些实施方式中，所述含羟基小分子交联剂包括植酸、单宁酸、鞣酸中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖的质量比为1：1～10，优选1：1～5，更优选1：2～5。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与含羟基小分子交联剂的质量比为1：10～50。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物在功能性水凝胶中的质量百分比为1％～20％，优选2％～15％，更优选2％～10％。
在本发明的一些实施方式中，所述双醛基改性多糖在功能性水凝胶中的质量百分比为1％～30％，优选2％～25％，更优选2.5％～25％。
本发明的第二方面是提供上述功能性水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
使壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖进行交联反应，得到第一凝胶；
使所述第一凝胶与含羟基小分子交联剂反应，得到功能性水凝胶。
在本发明的一些实施方式中，所述使壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖进行交联反应的步骤更具体为，将壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液与双醛基改性多糖溶液混合，混合后发生交联反应形成第一凝胶。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液的质量浓度为1％～20％，优选1％～10％，更优选2％～10％，例如2％、5％、10％等。
在本发明的一些实施方式中，所述双醛基改性多糖溶液的质量浓度为1％～30％，优选5％～25％，更优选10％～25％，例如10％、15％、20％、25％等。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液与双醛基改性多糖溶液的体积比为1：0.06～15，优选1：0.1～10％，更优选1：0.1～5％，例如1：0.1、1：1、1：5等。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液、双醛基改性多糖溶液均为相应的水溶液。以水作为溶剂，避免了有机溶剂对水凝胶生物相容性的影响。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖的交联反应温度为0～50℃，优选10～30℃，更优选20～25℃。在实际操作中，可在常温下进行交联反应，不需要加热，操作简便。
在本发明的一些实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖的交联反应时间为5～300s，优选10～200s，更优选10～120s。壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖能够快速反应形成凝胶，所需时间极短。
在本发明的一些实施方式中，所述双醛基改性多糖的制备方法为：对含羧基多糖进行氧化，得到双醛基改性多糖。
更具体地，将含羧基多糖的水溶液与氧化剂混合，发生氧化反应后得到双醛基改性多糖。
所述氧化剂包括高碘钾酸钠、二氧化锰等，所述含羧基多糖与氧化剂的摩尔比为1：0.5～2，优选1：1～1.5，更优选约1：1。
所述氧化反应在避光下进行，氧化反应温度为0～40℃，优选20～30℃，在实际操作中可直接在室温下进行。所述氧化反应的时间为6～10h。
所述含羧基多糖的水溶液的质量浓度为2％～10％。
在本发明的一些实施方式中，所述使所述第一凝胶与含羟基小分子交联剂反应的步骤具体为，将所述第一凝胶浸泡在含羟基小分子交联剂的溶液中，发生反应形成功能性水凝胶。
在本发明的一些实施方式中，所述含羟基小分子交联剂的溶液的pH为6～8，优选6.8～7.2。在接近中性的条件下，第一凝胶中的活性基团能够与交联剂中的羟基交联形成第二凝胶网络结构。
在本发明的一些实施方式中，所述含羟基小分子交联剂的溶液的质量浓度为0.5％～20％，优选0.5％～15％，更优选2％～15％，例如2％、5％、10％、15％等。
在本发明的一些实施方式中，所述第一凝胶与含羟基小分子交联剂反应的温度(即浸泡的温度)为0～50℃，优选10～30℃，更优选20～25℃。
在本发明的一些实施方式中，所述第一凝胶与含羟基小分子交联剂反应的时间(即浸泡的时间)为5～600min，优选10～600min，更优选10～300min。
本发明的第三方面是提供上述功能性水凝胶在创面护理、柔性电子器件、生物传感器、人工肌肉、人造器官、人造软骨、智能微开关、医用敷料或药物递送中的应用。
本发明的功能性水凝胶同时具有良好的生物相容性、高的机械强度、优异的可注射性能、适宜的导电性、良好的抑菌性和自修复性能等功能，其中良好的生物相容性使功能性水凝胶可用于创面护理；水凝胶具有较高的机械强度和导电性，可用于柔性电子器件、生物传感器、人工肌肉、人造器官、人造软骨、智能微开关等；水凝胶优异的可注射性能和自修复性能使其可用于高端医用敷料；水凝胶具有优异的抑菌抗炎性，应用于慢性创面愈合修复，避免创面感染和感染治疗时细菌耐药性的难题。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明以生物相容性好的自然界第二大天然多糖壳聚糖及其衍生物和双醛基改性多糖为原料制备原位自交联的水凝胶，引入多羟基的小分子交联剂，形成第二凝胶网络，获得高强度功能性的水凝胶，同时具有还良好的生物相容性、优异的可注射性能、适宜的导电性、良好的抑菌性和自修复性能，解决了现有水凝胶功能单一的缺陷，拓宽了其应用领域，在组织工程领域具有独特的应用潜力。
本发明的原材料廉价易得，制备水凝胶的工艺简单易操作，时间短，成本低，绿色环保，可适用于工业化大规模生产。
附图说明
图1为功能性水凝胶的拉伸应力-应变图；
图2为功能性水凝胶的抑菌效果图；
图3为功能性水凝胶的自修复效果图；
图4为功能性水凝胶的导电效果图；
图5为功能性水凝胶经低应变和高应变交替剪切的循环效果图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。以下实施例中所用的原料，如无特殊说明，均可从常规商业途径得到；所采用的工艺，如无特殊说明，均采用本领域的常规工艺。
实施例1
将海藻酸钠溶于纯水中配成质量浓度为5％的海藻酸钠溶液，然后加入相同摩尔量的高碘酸钠，常温避光反应10小时，然后用乙醇反复沉析、抽滤后冻干，得到双醛基改性海藻酸钠。
将壳聚糖溶解在酸性溶液中配成质量浓度为2％的壳聚糖溶液，然后配制质量浓度为25％的双醛基改性海藻酸钠溶液。将上述壳聚糖溶液和双醛基改性海藻酸钠溶液以10：1的体积比均匀混合即快速形成凝胶，最快可在10s内形成原位自交联水凝胶。将该水凝胶浸入质量浓度2％的植酸的中性溶液浸泡60min后取出即得到双网络高强度的功能性水凝胶。
将功能性水凝胶与NIH-3T3细胞共培养测试，得到细胞的存活率达98％；用微型拉力-压缩强度试验机进行测试，得到功能性水凝胶的拉伸应力-应变图如图1所示，经换算得到拉伸强度可达25kPa；用电化学工作站测试电导率为2.7mS/m(将功能性水凝胶接入连接有小灯泡的电路中，能够使小灯泡发光，如图2所示)；将该功能性水凝胶与金黄色葡萄球菌共培养得到抑菌率达93％，与空白对照组相比，金黄色葡萄球菌数量明显减少，如图3所示；将功能性水凝胶切开成两半，其中一半染成红色，将切开的两半靠近后6小时内可完成自修复，如图4所示。
功能性水凝胶在低应变和高应变交替剪切下的循环效果图如图5所示。可以看出该功能性水凝胶在低应变条件下(1％应变)的储能模量远大于损耗模量，表现为凝胶行为；在高应变条件下(100％应变)的损耗模量远大于储能模量，表现为溶胶行为。经过4次循环剪切该凝胶仍能保持稳定的溶胶-凝胶行为，证明功能性水凝胶具有优异的可注射性能。
实施例2
将壳聚糖季铵盐溶解在纯水中配成质量浓度为5％的壳聚糖溶液，然后将海藻酸钠改性为具有双醛基结构的海藻酸钠(双醛基改性海藻酸钠)，然后配成质量浓度为15％的双醛基改性海藻酸钠溶液。将上述壳聚糖季铵盐溶液和双醛基改性海藻酸钠溶液以1：1的体积比均匀混合即快速形成凝胶，最快可在120s内形成原位自交联水凝胶。将该水凝胶浸入质量浓度15％的植酸的中性溶液浸泡10min后取出即得到双网络高强度的功能性水凝胶。
按照实施例1相同的方法对功能性水凝胶进行测试，结果显示，经与细胞共培养测试得到细胞的存活率达95％、拉伸强度可达22kPa、电导率为5.6mS/m(将功能性水凝胶接入连接有小灯泡的电路中，能够使小灯泡发光)、抑菌率达97％；将功能性水凝胶切开成两半，其中一半染成红色，将切开的两半靠近后4小时内即可完成自修复。同时，该功能性水凝胶在低应变和高应变交替剪切下表现出与实施例1相同的性能，具有很好的可注射性。
实施例3
将羧甲基壳聚糖溶解在纯水中配成质量浓度为10％的壳聚糖溶液，然后将葡聚糖改性为具有双醛基结构的葡聚糖(双醛基改性葡聚糖)，然后配成质量浓度为10％的双醛基改性葡聚糖溶液。将上述羧甲基壳聚糖溶液和双醛基改性葡聚糖溶液以1：5的体积比均匀混合即快速形成凝胶，最快可在120s内形成原位自交联水凝胶。将该水凝胶浸入质量浓度5％的植酸的中性溶液浸泡600min后取出即得到双网络高强度的功能性水凝胶。
按照实施例1相同的方法对功能性水凝胶进行测试，结果显示，经与细胞共培养测试得到细胞的存活率达94％、拉伸强度可达30kPa、电导率为2.9mS/m(将功能性水凝胶接入连接有小灯泡的电路中，能够使小灯泡发光)、抑菌率达92％；将功能性水凝胶切开成两半，其中一半染成红色，将切开的两半靠近后5小时内即可完成自修复。同时，该功能性水凝胶在低应变和高应变交替剪切下表现出与实施例1相同的性能，具有很好的可注射性。
对比例1
本对比例相较实施例1没有采用植酸进行交联反应，具体步骤如下：
将壳聚糖溶解在酸性溶液中配成质量浓度为2％的壳聚糖溶液，然后将海藻酸钠改性为具有双醛基结构的海藻酸钠(双醛基改性海藻酸钠)，然后配成质量浓度为25％的双醛基改性海藻酸钠溶液。将上述壳聚糖溶液和双醛基改性海藻酸钠溶液以10：1的体积比均匀混合即快速形成凝胶，最快可在10s内形成原位自交联水凝胶。
经与NIH-3T3细胞共培养测试得到细胞的存活率达95％、用微型拉力-压缩强度试验机测试拉伸强度可达8kPa、用电化学工作站测试电导率为0.9mS/m(将功能性水凝胶接入连接有小灯泡的电路中，能够使小灯泡发光)、将该功能性水凝胶与金黄色葡萄球菌共培养得到抑菌率达90％；将功能性水凝胶切开成两半，其中一半染成红色，将切开的两半靠近后7小时内可完成自修复。
经与实施例1进行比较可见，若没有将壳聚糖与双醛基改性海藻酸钠交联形成的凝胶浸泡在植酸的中性溶液中进行二次交联，形成第二凝胶网络结构，结果导致凝胶的细胞存活率有所降低，拉伸强度和导电率明显降低，且自修复时间变长。
对比例2
本对比例相较实施例1，没有将海藻酸钠改性为双醛基改性海藻酸钠，具体步骤如下：
将壳聚糖溶解在酸性溶液中配成质量浓度为2％的壳聚糖溶液，然后配制质量浓度为25％的海藻酸钠溶液，将上述壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液以10：1的体积比均匀混合，结果无法成胶。说明只有对海藻酸钠进行双醛基改性才能与壳聚糖发生反应形成凝胶。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功能性水凝胶，其特征在于：所述功能性水凝胶包括相互交织的第一凝胶网络结构和第二凝胶网络结构，所述第一凝胶网络结构由壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖交联而成，所述第二凝胶网络结构由所述第一凝胶网络结构与含羟基小分子交联剂交联形成。
2.根据权利要求1所述的功能性水凝胶，其特征在于：所述壳聚糖衍生物包括羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖、季铵化壳聚糖中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的功能性水凝胶，其特征在于：所述双醛基改性多糖为含羧基多糖的双醛基改性物。
4.根据权利要求3所述的功能性水凝胶，其特征在于：所述双醛基改性多糖包括双醛基改性海藻酸钠、双醛基改性葡聚糖、双醛基改性果胶中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的功能性水凝胶，其特征在于：所述含羟基小分子交联剂包括植酸、单宁酸、鞣酸中的至少一种。
6.权利要求1～5任一项所述功能性水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
使壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖进行交联反应，得到第一凝胶；使所述第一凝胶与含羟基小分子交联剂反应，得到功能性水凝胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述使壳聚糖和/或壳聚糖衍生物与双醛基改性多糖进行交联反应的步骤具体为，将壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液与双醛基改性多糖溶液混合，混合后发生交联反应形成第一凝胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖和/或壳聚糖衍生物溶液的质量浓度为1％～20％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述双醛基改性多糖溶液的质量浓度为1％～30％。
10.权利要求1～5任一项所述功能性水凝胶在创面护理、柔性电子器件、生物传感器、人工肌肉、人造器官、人造软骨、智能微开关、医用敷料或药物递送中的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114796620A (zh) * 2022-04-24 2022-07-29 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用
CN115463622A (zh) * 2022-08-03 2022-12-13 广东纤友朵美生物科技有限公司 一种基于氧化果胶的凝胶及其制备方法
CN116082694A (zh) * 2022-06-22 2023-05-09 浙江海洋大学 一种用于组织创面修复的海绵复合物及其制备方法
CN116392599A (zh) * 2023-04-17 2023-07-07 中国海洋大学 双层水凝胶肠道递送载体及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104479150A (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 上海大学 多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法
CN109293948A (zh) * 2018-08-10 2019-02-01 广东省医疗器械研究所 一种水凝胶及其制备方法和应用
WO2021007899A1 (zh) * 2019-07-15 2021-01-21 浙江工业大学 一种可注射水凝胶材料及其制备方法、应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104479150A (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 上海大学 多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法
CN109293948A (zh) * 2018-08-10 2019-02-01 广东省医疗器械研究所 一种水凝胶及其制备方法和应用
WO2021007899A1 (zh) * 2019-07-15 2021-01-21 浙江工业大学 一种可注射水凝胶材料及其制备方法、应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YINGGUI WANG ET AL.: "Adhesive, Self-Healing, and Antibacterial Chitosan Hydrogels with Tunable Two-Layer Structures", 《ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING》 *
刘阳;王毅;王云娟;尹玉利;熊菀伶;冯晓?;: "可注射的壳聚糖水凝胶的制备及应用进展", 高分子通报, no. 05 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114796620A (zh) * 2022-04-24 2022-07-29 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用
CN114796620B (zh) * 2022-04-24 2023-09-29 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用
CN116082694A (zh) * 2022-06-22 2023-05-09 浙江海洋大学 一种用于组织创面修复的海绵复合物及其制备方法
CN116082694B (zh) * 2022-06-22 2024-02-09 浙江海洋大学 一种用于组织创面修复的海绵复合物及其制备方法
CN115463622A (zh) * 2022-08-03 2022-12-13 广东纤友朵美生物科技有限公司 一种基于氧化果胶的凝胶及其制备方法
CN116392599A (zh) * 2023-04-17 2023-07-07 中国海洋大学 双层水凝胶肠道递送载体及其应用

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