CN114848892B - 一种温敏水凝胶、制备方法及其应用 - Google Patents

一种温敏水凝胶、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种温敏水凝胶、制备方法及其应用，涉及药物制剂的领域；其中，一种温敏水凝胶包括泊洛沙姆407、壳聚糖、硅改性聚丙烯酰胺、生物溶液以及酸。本申请具有缩短泊洛沙姆凝胶化时间的效果。

Description

一种温敏水凝胶、制备方法及其应用
技术领域
本申请涉及药物制剂的领域，尤其是涉及一种温敏水凝胶、制备方法及其应用。
背景技术
水凝胶指的是由高分子物质通过化学键或分子间相互作用力相互作用交联形成三维网状结构的一类物质。其具有液体的运动性和流动性，又有固体的形稳性。
智能水凝胶是具有感知外界环境某些信号、刺激变化能力的水凝胶，根据所感知的信号，可将其分为pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、化合物敏感水凝胶以及光敏感水凝胶等类型。其中，温度敏感水凝胶主要由大分子物质、亲水基团和疏水基团组成，能在外界温度改变是根据刺激做出不同的应变而发生相变，在医药领域中具有潜在的应用前景。
泊洛沙姆是一种聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物，其具有反向可逆热胶凝性质，在较低温度下为液体，当温度升高至25-38℃时形成水凝胶，其可运用在黏膜给药、经皮给药或注射给药中，实现药物缓释、提高药物生物利用度的效果。
但是，泊洛沙姆对于浓度的有很大的依赖性，浓度需到达一定的之后才形成水凝胶，并且凝胶化的时间较长，使得泊洛沙姆的应用受到了较大的限制。
发明内容
为了缩短泊洛沙姆凝胶化时间，本申请提供一种温敏水凝胶、制备方法及其应用。
第一方面，本申请提供的一种温敏水凝胶采用如下的技术方案：
一种温敏水凝胶，包括泊洛沙姆407、壳聚糖、硅改性聚丙烯酰胺、生物溶液以及酸。
优选的，所述硅改性聚丙烯酰胺由聚丙烯酰胺和有机硅单体复合制得。
通过采用上述技术方案，在泊洛沙姆407中加入硅改性聚丙烯酰胺，在凝胶化过程中，硅改性聚丙烯酰胺缔结成单分子胶束提供了团聚的位点，促进泊洛沙姆的凝胶化，进而实现缩短凝胶时间的效果。
优选的，所述硅改性聚丙烯酰胺通过以下步骤制得：
S1、取丙烯酰胺、有机硅单体溶解于DMF中，室温搅拌至完全溶解；
S2、通氮气除氧，升温至65℃，加入Karstedts催化剂；
S3、继续升温至85℃，反应10h；
S4、加入丙酮，浸泡、抽滤、洗涤并在真空中干燥，得到硅改性聚丙烯酰胺白色粉末。
优选的，所述步骤S1中，丙烯酰胺和有机硅单体的投入比为50:1-55:1。
通过采用上述技术方案，通过在丙烯酰胺交联成聚丙烯酰胺的过程中加入有机硅单体，进而实现聚丙烯酰胺的硅改性；并且，只有丙烯酰胺：有机硅单体的投入比为50:1-55:1时，硅改性聚丙烯酰胺对于泊洛沙姆407才具有促进凝胶化的作用。
优选的，所述生物溶液为间充质干细胞上清液。
优选的，所述酸独立地选自盐酸、醋酸以及乳酸中的一种。
优选的，所述酸为乳酸。
通过采用上述技术方案，间充质干细胞来源于发育早期的中胚层，属于多能干细胞，其具备分泌相关生长因子的能力；间充质干细胞上清液指的是从干细胞培养液中去除干细胞以及其他细胞成分得到的生物溶液，其含有HGF、VEGF、KGE以及IGF等细胞生长因子；使用间充质干细胞上清液作为溶剂制备得到的水凝胶中含有细胞生长因子，水凝胶可对细胞因子进行缓释。
第二方面，本申请提供了一种如上述任一所述的温敏水凝胶的制备方法采用如下技术方案：
一种温敏水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、取壳聚糖溶液于生物溶液中，边搅拌边加入酸，混合均匀得到第一溶液；
S2、取泊洛沙姆407于生物溶液中，搅拌均匀混合得到第二溶液；
S3、取硅改性聚丙烯酰胺于生物溶剂中，搅拌混合均匀得到第三溶液；
S4、将第二溶液与第三溶液混合均匀得到第四溶液；
S5、将第一溶液与第四溶液混合均匀，制得温敏水凝胶溶液。
优选的，所述温敏水凝胶溶液中，各组分浓度具体如下所示：
壳聚糖：1％；
泊洛沙姆407：20％；
硅改性聚丙烯酰胺：0.01％。
第三方面，本申请提供了一种如上述所述的温敏水凝胶在伤口修复中的应用。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)在泊洛沙姆407中加入硅改性的聚丙烯酰胺，在水凝胶凝胶化的过程中，硅改性聚丙烯酰胺缔结成单分子胶束提供了团聚的位点，促进泊洛沙姆的凝胶化，进而可以缩短温敏水凝胶的凝胶化时间；
(2)使用温敏水凝胶可制备得到用于伤口修复的喷雾，将温敏水凝胶溶液喷洒在伤口处，温敏水凝胶可迅速凝胶化成膜覆盖住伤口，减少细菌感染的可能；形成的水凝胶膜具有较好的吸水性能以及透汽性，且含有多种细胞生长因子，实现有利于伤口恢复的效果。
附图说明
图1是实施例3中的水凝胶透汽性能测试的结果图；
图2是实施例3中的水凝胶吸水性能测试的结果图；
图3是实施例3中的水凝胶细胞毒性测试的结果图。
具体实施方式
以下结合附图1-3和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请提供了一种温敏水凝胶，包括泊洛沙姆407、壳聚糖、硅改性聚丙烯酰胺、生物溶液以及酸。
本发明中，生物溶液可以根据温敏凝胶所需要具备的生物功能而选择不同种类的制剂，如脐带间充质细胞、溶有生物活性物质的水溶液等。
本发明中，以泊洛沙姆407作为水凝胶的基体，在泊洛沙姆407中加入壳聚糖以及硅改性聚丙烯醇制备得到的水凝胶，其凝胶化温度在30-37℃，接近体温，有利于实现水凝胶在人体皮肤上的凝胶化成膜；并且，硅改性聚丙烯醇以及壳聚糖的加入促进了泊洛沙姆407的凝胶化，进而缩短了凝胶化时间。
在一个实施例中，所述硅改性聚丙烯酰胺由聚丙烯酰胺和有机硅单体复合制得。
在一个实施例中，所述硅改性聚丙烯酰胺通过以下步骤制得：
S1、取丙烯酰胺、有机硅单体溶解于甲苯中，室温搅拌至完全溶解；
S2、通氮气除氧，升温至65℃，加入Karstedts催化剂；
S3、继续升温至85℃，反应10h；
S4、加入丙酮，浸泡、抽滤、洗涤并在真空中干燥，得到硅改性聚丙烯酰胺白色粉末。
本发明中，聚丙烯酰胺具有水溶性，在制备聚丙烯酰胺的过程中加入少量的有机硅单体，得到硅改性聚丙烯酰胺，其在泊洛沙姆407凝胶化的过程中，硅改性聚丙烯酰胺缔结成单分子胶束，为泊洛沙姆407提供了团聚的位点，进而促进泊洛沙姆的凝胶化，缩短凝胶化时间。
在一个实施例中，所述步骤S1中，丙烯酰胺和有机硅单体的投入比为50:1-55:1。
本发明中，聚丙烯酰胺和有机硅单体的投入比限制在50:1-55:1之间，当投入比低于50:1时，制得的硅改性聚丙烯酰胺阻碍泊洛沙姆407凝胶化。
在一个实施例中，所述生物溶液为间充质干细胞上清液。
本发明中，使用间充质干细胞上清液作为生物溶液，泊洛沙姆407、壳聚糖以及硅改性聚丙烯酰胺溶解于生物溶液中，当水凝胶形成凝胶时，间充质干细胞上清及其含有的生长因子被包覆在凝胶分子中，凝胶分子其缓释作用，可以更好地发挥间充质干细胞的生物活性。
在一个实施例中，所述酸独立地选自盐酸、醋酸以及乳酸中的一种。
在一个实施例中，所述酸为乳酸。
本申请还提供了一种如上述所述的温敏水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、取壳聚糖溶液于生物溶液中，边搅拌边加入酸，搅拌混合均匀得到第一溶液；
S2、取泊洛沙姆407于生物溶液中，搅拌均匀混合得到第二溶液；
S3、取硅改性聚丙烯酰胺与生物溶剂中，搅拌混合均匀得到第三溶液；
S4、将第二溶液与第三溶液混合均匀得到第四溶液；
S5、将第一溶液与第四溶液混合均匀，制得温敏水凝胶溶液。
本发明中，首先分别将壳聚糖、泊洛沙姆407以及硅改性聚丙烯酰胺溶于生物溶液中制备得到第一溶液、第二溶液以及第三溶液，接着将溶液进行混合，便可制备得到水凝胶，制备操作简单。
在一个实施例中，所述温敏水凝胶溶液中，各组分浓度具体如下所示：
壳聚糖：1％；
泊洛沙姆407：20％；
硅改性聚丙烯酰胺：0.01％。
本申请还提供了一种如上述任一所述的温敏水凝胶在伤口修复中的应用。
本发明中，温敏水凝胶可作为液体创口贴，将其涂抹或喷洒在伤口处，其迅速凝胶化形成膜覆盖在伤口上，可减少伤口细菌感染的可能，且该温敏水凝胶膜具有一定的透汽性，能让凝胶膜内外的空气自由交换，减少伤口表面的细菌生长与感染；其中的细胞生长因子缓慢释放，进而促进伤口的愈合。
实施例1：有机硅单体及其制备方法
本实施例中提供一种有机硅单体，其以八甲基环四硅氧烷为起始物质制备的得到，具体包括以下步骤：
S1、将1,1,3,3-四甲基二硅氧烷以及八甲基环四硅氧烷加入三颈烧瓶中，并加入浓度为86wt％的硫酸溶液，室温下搅拌20h；
S2、静置分离得到水层，加入过量的碳酸氢钠中和；
S3、抽滤，在150℃下减压蒸馏得到有机硅单体。
其中，1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的投入比为1:25，且硫酸溶液的加入量为八甲基环四硅氧烷质量的3％。
实施例2：硅改性聚丙烯酰胺及其制备方法
聚丙烯酰胺指的是丙烯酰胺的均聚物，其为线性聚合物，在水中具有较好的溶解性，聚丙烯酰胺上修饰有机硅单体制备得到的硅改性聚丙烯酰胺具有促进泊洛沙姆407凝胶的作用，其制备具体包括以下步骤：
S1、取丙烯酰胺和有机硅单体溶解于甲苯中，室温搅拌至完全溶解；
S2、通氮气除氧，升温至65℃，加入Karstedts催化剂；
S3、继续升温至85℃，反应10h；
S4、加入丙酮，浸泡、抽滤、洗涤并在真空中干燥，得到硅改性聚丙烯酰胺白色粉末；
其中，有机硅单体通过实施例1提供的方法制备得到。
实施例3：温敏水凝胶及其制备方法
水凝胶是一种三维立体、以化学键或物理交联作用形成的亲水性聚合物网络，其具有液体的运动性和流动性，又具有固体的形稳性，泊洛沙姆407是一种聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物，其具有水溶性良好、毒性低以及反向可逆热胶凝性质；但是，泊洛沙姆407的凝胶化性质对浓度具有较大的依赖性，随着浓度的上升凝胶化的时间缩短，但是随着浓度的上升，凝胶化温度下降，限制了泊洛沙姆407的应用。
在本实施例中，在泊洛沙姆407加入壳聚糖和硅改性聚丙烯酰胺，促进泊洛沙姆407凝胶化，进而缩短凝胶化时间，具体操作步骤如下所示：
S1、泊洛沙姆407、壳聚糖、硅改性聚丙烯酰胺均采用湿热灭菌法，乳酸用0.22μm滤膜过滤除菌；
S2、取1g壳聚糖溶液于50mL的间充质干细胞上清液中，边搅拌边加入乳酸1mL，搅拌混合均匀得到第一溶液；
S2、取20g泊洛沙姆407于50mL间充质干细胞上清液中，搅拌均匀混合得到第二溶液；
S3、取0.01g硅改性聚丙烯酰胺于10mL间充质干细胞上清液中，搅拌混合均匀得到第三溶液；
S4、将第二溶液与第三溶液混合均匀得到第四溶液；
S5、将第一溶液与第四溶液混合均匀，制得温敏水凝胶溶液。
其中，上述制备过程中，温度控制在10℃；且制备得到的温敏水凝胶溶液于5℃下保存。
1、水凝胶的凝胶化
取温敏水凝胶溶液置于水浴中，缓慢加热升温，采用倒置瓶法判断凝胶化温度和凝胶化时间，结果如表1所示：
表1.
Figure BDA0003571282730000061
由表1可知，加入硅改性聚丙烯酰胺的水凝胶以及未加入硅改性聚丙烯酰胺的水凝胶的凝胶化温度均在36℃左右；并且，加入硅改性聚丙烯酰胺的水凝胶相较于未加入的水凝胶而言，当有机硅单体的投入量较高时(即丙烯酰胺：有机硅单体小于50：1)时，加入的硅改性聚丙烯酰胺不利于泊洛沙姆407的凝胶化，而当投入丙烯酰胺和有机硅单体的比值在50：-55：1时，加入的硅改性聚丙烯酰胺促进泊洛沙姆407的凝胶化，缩短了凝胶化的时间，温敏水凝胶的时间在25s左右，凝胶化时间较短。
2、水凝胶的透汽性
透汽性指的是气体对薄膜、涂层以及织物等高分子材料的渗透性，是聚合物的一项重要物理性能。改变硅改性聚丙烯酰胺中丙烯酰胺和有机硅单体的投入比制备得到不同的温敏水凝胶，并将其在玻璃板上涂抹并升温凝胶化形成厚度约0.7mm的薄膜，在直径为35mm的玻璃烧杯中装入10mL的蒸馏水，将薄膜密封于杯口并保证接口出无漏气现象，将玻璃烧杯放置于相对湿度30％、温度为37℃的恒温环境中，定时取出称重，计算得到水汽透过率(WVTR)，结果如表2和图1所示：
表2.
Figure BDA0003571282730000062
/>
Figure BDA0003571282730000071
由表2和图1可知，水凝胶膜的水汽透过率在25h后最高达到69.17g/m2/d，相较于未加入硅改性聚丙烯酰胺，水凝胶膜具有更好的透气性；并且有机硅单体的投入量增多时，对于凝胶的透汽性会造成一定的影响。
3、水凝胶的吸水性
吸水性指的是水凝胶能够吸收水的能力，在37℃、相对湿度为40％下，测试水凝胶膜在生理盐水中达到平衡时所吸收生理盐水的质量，并计算水凝胶膜的吸水率，结果如表3和图2所所示：
表3.
Figure BDA0003571282730000072
由表3和图2可知，在水凝胶中加入硅改性聚丙烯酰胺，水凝胶膜的吸水率从原本的6.79％提高至8％左右，吸水能力得到提高。
4、水凝胶的细胞毒性
使用MTT法测试水凝胶的细胞毒性，改变硅改性聚丙烯酰胺中丙烯酰胺和有机硅单体的投入比制备得到不同的温敏水凝胶，并将其在玻璃板上涂抹并升温凝胶化形成厚度约0.7mm的薄膜，用紫外消毒3h，将消毒后的凝胶膜浸入10mL的RPMI-1640培养基(凝胶膜/溶液＝0.1cm2/mL)中24h，获得样水凝胶膜溶液提取液，再用RPMI-1640培养基稀释至浓度约为原来的75％、50％与25％；在96孔培养板中用含有10％胎牛血清(FBS)的RPMI-1640培养基培养L929细胞(小鼠成纤维细胞)，每孔加入100L的FBS，细胞接种密度为1.0×105个/mL，于37℃、5％湿度CO2培养箱中过夜。然后，将培养基换成100μL新鲜的样品浸泡液；再分别培养24h后，向每个孔中加入20μL的MTT溶液(5.0mg/m L)；于37℃再培养4h后，小心吸弃各孔上清液，再向每孔加入150μL的DMSO，充分溶解细胞内的甲瓒；最后，测定每孔溶液的吸光度(OD)，选定波长为492nm处，得到的实验结果如表4和图3所示：
表4.
编号 丙烯酰胺：有机硅单体 细胞活性(％)
1 50：1 99.75
2 51：1 99.80
3 52：1 99.82
4 53：1 99.69
5 54：1 99.90
6 55：1 99.86
7 未加入硅改性聚丙烯酰胺 99.89
由表4和图3可知，当使用经水凝胶膜浸泡后的样品浸泡原液培养24h时，其细胞活性均在100％附近，说明其浸泡原液对于细胞无毒性，通过本实施例制得的水凝胶细胞毒性低。
实施例4：一种水凝胶喷雾
将通过实施例3提供的制备方法制得的温敏水凝胶装入喷雾器的储液罐中，得到水凝胶喷雾。
该水凝胶喷雾可用于伤口修复：第一方面，温敏水凝胶的凝胶化时间在25s左右，将水凝胶喷雾喷洒或涂抹在伤口处，水凝胶可快速凝胶化成膜，覆盖住伤口，减少细菌感染伤口的可能；第二方面，水凝胶膜的透汽率达到69.17g/m2/d，允许伤口处细胞与外界进行O2、CO2以及水分子的交换；第三方面，水凝胶膜对于生理盐水的吸收率在8％左右，吸水性能较好，能够更快更多地吸收伤口渗液，减少因伤口渗液积累导致的伤口感染；第四方面，水凝胶喷雾中还含有间充质干细胞上清液，其具有多种细胞生长因子，可促进伤口的愈合。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种温敏水凝胶，其特征在于，包括泊洛沙姆407、壳聚糖、硅改性聚丙烯酰胺、生物溶液以及酸；
所述硅改性聚丙烯酰胺由聚丙烯酰胺和有机硅单体复合制得，丙烯酰胺和有机硅单体的投入比为50:1-55:1；所述生物溶液为间充质干细胞上清液；所述酸独立地选自盐酸、醋酸以及乳酸中的一种；
所述硅改性聚丙烯酰胺通过以下步骤制得：
S1、取丙烯酰胺、有机硅单体溶解于甲苯中，室温搅拌至完全溶解；
S2、通氮气除氧，升温至65℃，加入Karstedts催化剂；
S3、继续升温至85℃，反应10h；
S4、加入丙酮，浸泡、抽滤、洗涤并在真空中干燥，得到硅改性聚丙烯酰胺白色粉末；
所述有机硅单体的制备包括以下步骤：
S11、将1,1,3,3-四甲基二硅氧烷以及八甲基环四硅氧烷加入三颈烧瓶中，并加入浓度为86wt％的硫酸溶液，室温下搅拌20h；
S12、静置分离得到水层，加入过量的碳酸氢钠中和；
S13、抽滤，在150℃下减压蒸馏得到有机硅单体；
其中，1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的投入比为1:25，且硫酸溶液的加入量为八甲基环四硅氧烷质量的3％。
2.根据权利要求1所述的一种温敏水凝胶，其特征在于，所述酸为乳酸。
3.一种如权利要求1-2任一所述的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取壳聚糖溶液于生物溶液中，边搅拌边加入酸，搅拌混合均匀得到第一溶液；
S2、取泊洛沙姆407于生物溶液中，搅拌均匀混合得到第二溶液；
S3、取硅改性聚丙烯酰胺于生物溶液中，搅拌混合均匀得到第三溶液；
S4、将第二溶液与第三溶液混合均匀得到第四溶液；
S5、将第一溶液与第四溶液混合均匀，制得温敏水凝胶。
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