CN115177794A - 一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化葡聚糖‑二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法及其应用，其制备方法为：将氧化葡聚糖和二甲双胍溶解于水溶液中，充分搅拌反应再超声分散，得到氧化葡聚糖‑二甲双胍水凝胶。本发明使用的二甲双胍可以交联氧化葡聚糖从而形成水凝胶，氧化葡聚糖‑二甲双胍高分子水凝胶在一定范围内表现出随温度变化的温敏特性，同时该水凝胶具有优异的可注射性。本发明使用的氧化葡聚糖及二甲双胍均具有环保、清洁等优点，这种水凝胶原材料易得且用量少，制备过程简单，得到的水凝胶无毒无害，各方面性能优异，可以被广泛应用于防止术后腹腔粘连等生物医用场景。
Description
技术领域
本发明涉及可注射水凝胶技术领域，具体是一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法及其应用。
背景技术
水凝胶被广泛应用于生物医学领域如药物和细胞递送载体、生物粘合剂、再生支架、工程组织、伤口敷料和术后抗粘连屏障等。水凝胶具有含水量高、机械性能柔软、生物相容性好、与生物组织物理相似性等特点，是优良的药物递送载体。
葡聚糖是指以葡萄糖为单糖组成的同型多糖，葡萄糖单元之间以糖苷键连接。葡聚糖具有优良的水溶性和生物相容性，并且来源广泛，易于获得，在生物医药领域有着广泛的用途。但是单纯的葡聚糖分子链上只有羟基基团，和水分子有强烈的氢键作用，自身不能形成凝胶。因此，需要用高碘酸钠等氧化剂将葡聚糖上的羟基氧化为活性更高的醛基等，进一步地与其他物质反应，促使凝胶的产生。
二甲双胍，是一种双胍类小分子，二甲双胍也来源于一种植物——山羊豆。这是一种原产于欧洲南部和亚洲西部的豆科多年生草本植物。作为治疗糖尿病的药物而被广泛使用。二甲双胍同其它降糖药相比，可能是危害性最小的药物。它不会导致低血糖、体重增加和心衰，能够降低心血管病人的死亡风险，除降糖外还能带来额外的好处。从分子结构上，它含有一个氨基，可以与醛基发生席夫碱反应，同时还有亚胺键等，可以发生分子间氢键作用。
因此考虑将氧化葡聚糖接枝二甲双胍，利用分子间氢键交联作用，得到氧化葡聚糖-二甲双胍高分子水凝胶。普通的氧化葡聚糖的稳定性，如粘度、强度等很低，加入二甲双胍后可以形成水凝胶，并且常温下具有可注射性。所制备的氧化葡聚糖-二甲双胍高分子水凝胶工艺简单、用量少且绿色环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法及其应用，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
作为本发明进一步的方案：所述氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶中加入二甲双胍的质量分数为0.5-3wt％，所述氧化葡聚糖溶液的质量分数为10wt％。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(3)中的加热温度范围为45-60℃；搅拌速率范围为150～300r/min,加热及搅拌的时间为60～90min，超声分散的功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，其中冷却的温度为25℃。
本发明的另一目的在于提供一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶在防止术后腹腔粘连中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶，不仅解决了氧化葡聚糖室温下为溶液的问题，而且还提高了氧化葡聚糖的稳定性。本发明制备的氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶，开发出二甲双胍作为氧化葡聚糖的接枝物，利用氢键等非共价键作用通过共聚形成具有网络多孔的氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶。
(2)本发明提供了一种氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶的制备方法，在水凝胶形成过程中，剧烈的搅拌作用促使接枝的氧化葡聚糖展开成线状结构，同时也促使接枝的氧化葡聚糖分子在纤维之间搭接形成三维网络结构，再通过超声作用使之分散均匀，最后通过加入二甲双胍与水结合形成凝胶，制备过程简单易行，成本低用量少，材料利用率高，无毒无害无副产物可商业化，适于大规模生产，可应用于用具备可注射、可塑性的绿色环保材料。
附图说明
图1为本发明实施例1中10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶扫描电子显微镜(SEM)图。
图2为本发明实施例2中10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶的核磁共振氢谱(1HMNR)图。
图3为本发明实施例3中10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶的频率流变学测量扫描。
图4为本发明实施例3中10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶的可注射性数码照片图。
图5为本发明实施例4中10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶的温度依赖性流变测试。
图6为本发明实施例5中10wt％氧化葡聚糖-0.5wt％二甲双胍、10wt％氧化葡聚糖-1.5wt％二甲双胍、10wt％氧化葡聚糖-3wt％二甲双胍水凝胶及商用透明质酸钠水凝胶抗大鼠术后腹腔粘连疗效的数码照片图。
图7为本发明实施例6中10wt％氧化葡聚糖-3wt％二甲双胍水凝胶及商用透明质酸钠水凝胶抗大鼠腹腔粘连松解术后再次粘连疗效的数码照片图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
将通过上述步骤制备的10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶进行电镜扫描。
扫描电镜的实验步骤：
1.硅片的清洗：用浓硫酸混合物进行15min超声波清洗(v)：过氧化氢(v)＝7:3)然后用乙醇超声波清洗15min，然后用蒸馏水超声波清洗15分钟(2倍)用氮气吹硅晶片。
2.将10wt％氧化葡聚糖,1wt％二甲双胍,以及10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍水凝胶取10μL于吹干净的硅片上，在冷冻12h，放入冷冻干燥机中干燥12h，然后进行电镜扫描。由于生物样品导电性差，扫描之前要喷金处理。
图1为氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶的电镜扫描结果。
如图所示，氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶的SEM图显示，该凝胶具有疏松多孔的内部结构，并且具有连续的多孔结构，孔的大小主要在5μm-10μm之间，这说明接枝二甲双胍的氧化葡聚糖已经形成了凝胶特有的三维网络空间结构(见图1)。
实施例二，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
核磁共振波谱实验步骤：
取80mg的样品冷冻干燥，加入到3.0ml的氘代试剂(可直接用于核磁共振波谱测试使用)中，搅拌使其完全溶解，避光室温下静止1h，加入四甲基硅烷内标物。核磁共振仪参数：在质子光谱宽度：10，扫描数：8，弛豫延迟：10s，采样时间：2min；采样点数：32×103。
图2为氧化葡聚糖-二甲双胍可注射水凝胶的核磁氢谱结果。1H NMR光谱揭示了氧化葡聚糖已经接枝了二甲双胍。
制备的材料中的氧化葡聚糖在δ3.57-4.53和δ4.57-5.56处显示的两个特征峰，二甲双胍在δ3.07附近有明显的甲基峰，δ6.27为亚氨基的峰。核磁氢谱还显示，在氧化葡聚糖-二甲双胍化合物物中，δ3.07附近出现了二甲双胍的甲基峰，δ6.27也出现了亚氨基，这说明氧化葡聚糖已经成功接枝上了二甲双胍。
实施例三，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
连续阶跃应变测量：
将上述氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶依次进行测试，涂抹硅油以防止水分蒸发，设置固定温度为25℃，,固定应变γ＝0.5％.设置频率变化范围ω＝0.5-100rad/s。作存储模量(G′)，损耗模量(G")关于频率(frequency)的图像。
图3为水凝胶的频率扫描图。在实际中水凝胶材料在转移，注射等过程中，不可避免会发生损伤和破坏，自身的修复性质会减小这些影响。如果在频率上升的过程中，在G″高于G'时，这是水凝胶网络发生坍塌的临界点，凝胶不再保持固态。在整个频率范围内，G'始终高于G″，说明氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶始终保持凝胶状态。除此之外，存储模量(G′)低于100Pa,这利于材料的可注射性。
所有这些结果表明，所设计的水凝胶具有可注射的潜力，如图4所示，10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可以注射为特定形状。
实施例四，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
流变测试实验步骤：
将上述氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶依次进行测试，涂抹硅油以防止水分蒸发，设置固定角频率ω＝0.5rad/s,固定应变γ＝0.5％.设置温度变化范围T＝25℃～80℃，作存储模量(G′)，损耗模量(G")关于温度T的图像。
根据图5显示水凝胶的储存(弹性)模量(G')大于损耗(粘性)模量(G″)在整个温度范围为25-55℃，这表明水凝胶的弹性性质。此外，G'和G″在25-50℃范围内相对稳定。55℃后，G'随温度升高而减小，最终G″大于G'，达到了凝胶的临界点，这表明高温下氢键逐渐被破坏，水凝胶更不稳定且更柔软。进一步加热破坏了水凝胶状态，最终这种材料变成了液体。
实施例五，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h。再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h。将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h。将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h。得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)分别称取50、150、300mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数分别为0.5wt％、1.5wt％、3wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，分别制备出10wt％氧化葡聚糖-0.5wt％二甲双胍、10wt％氧化葡聚糖-1.5wt％二甲双胍、10wt％氧化葡聚糖-3wt％二甲双胍可注射水凝胶。
抗术后腹膜粘连实验步骤如下：
将雄性SD大鼠戊巴比妥钠尾静脉注射麻醉后，腹部备皮消毒，沿腹壁正中线切开，采用无菌纱布研磨盲肠，直至盲肠表面出现点状出血。然后用手术刀刮腹壁，形成面积为1×2cm2的腹膜损伤。然后用缝线将盲肠固定在相应的腹壁上，使两个损伤面紧密接触。对照组仅用1ml生理盐水冲洗，其他各组分别腹腔注射1ml相对应的水凝胶材料覆盖创口表面。术后14d，对各组大鼠进行大体观察及相关病理检查和评价，大鼠尾静脉注射过量戊巴比妥钠进行安乐死。开腹后观察盲肠与腹壁的粘连情况。
结果如图6所示，对照组大鼠腹腔发生了严重粘连，医用透明质酸钠能在一定程度上防止腹腔粘连的发生，但仍有粘连发生。三组氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶均表现出抗术后腹腔粘连的效果，而且随着二甲双胍浓度的增高，抗术后腹腔粘连的效果越好。
实施例六，一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶，制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，300-500r/min搅拌，反应24-36h。再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h。将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h。将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h。得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取300mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数分别为3wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-3wt％二甲双胍可注射水凝胶。
抗术后腹膜粘连实验步骤如下：
将雄性SD大鼠戊巴比妥钠尾静脉注射麻醉后，腹部备皮消毒，沿腹壁正中线切开，采用无菌纱布研磨盲肠，直至盲肠表面出现点状出血。然后用手术刀刮腹壁，形成面积为1×2cm2的腹膜损伤。然后用缝线将盲肠固定在相应的腹壁上，使两个损伤面紧密接触。术后7d，将SD大鼠麻醉后开腹行粘连带松解术，并再次用纱布研磨盲肠壁和用手术刀刮腹壁(方法同上)，对照组仅用1ml生理盐水冲洗，其他两组分别腹腔注射1ml相对应的水凝胶材料覆盖创口表面。7天后对各组大鼠进行大体观察及相关病理检查和评价，大鼠尾静脉注射过量戊巴比妥钠进行安乐死。开腹后观察盲肠与腹壁的粘连情况。
结果如图7所示，对照组中，对大鼠行粘连松解术后腹腔再次发生了严重粘连，医用透明质酸钠组仍有粘连发生。10wt％氧化葡聚糖-3wt％二甲双胍水凝胶组展现了优异的抗腹腔粘连效果，证明氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶不仅生物安全性高，作为物理屏障和载药平台可以发挥较好的抗腹腔粘连效果，而且可应用于不同程度粘连和不同类型的手术。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：制备方法主要包括以下步骤：
(1)制备氧化葡聚糖，取2.0g葡聚糖溶于80ml水中，冰水浴搅拌下在溶液中加入1.5g高碘酸钠粉末，转速300-500r/min，搅拌20min，保持在25℃，
300-500r/min搅拌，反应24-36h；再加入2-5ml乙二醇，继续反应2h；将反应后的液体加入透析袋中，并置于纯水中，持续透析72-96h；将透析液在-80℃下冷冻24h，然后在冻干机中冻干36-48h；得到的片状物研磨成粉末，储存在4℃中；
(2)称取1000mg氧化葡聚糖加入到9000ml超纯水中，加热搅拌快速溶解；得到10wt％的氧化葡聚糖溶液；
(3)称取100mg二甲双胍加入配好的10wt％氧化葡聚糖溶液中，此时二甲双胍质量分数为1wt％，保持上述温度及搅拌速率，搅拌的时间为60～90min，再进行超声分散，超声功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，制备出10wt％氧化葡聚糖-1wt％二甲双胍可注射水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：所述氧化葡聚糖-二甲双胍水凝胶中加入二甲双胍的质量分数为0.5-3wt％，所述氧化葡聚糖溶液的质量分数为10wt％。
3.根据权利要求1所述的一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的加热温度范围为45-60℃；搅拌速率范围为150～300r/min,加热及搅拌的时间为60～90min，超声分散的功率为100～120W；超声分散的时间为30～60min，其中冷却的温度为25℃。
4.一种氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶的应用，其特征在于：所述氧化葡聚糖-二甲双胍高分子可注射水凝胶在防止术后腹腔粘连的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20221014 |