CN116159043A - 一种壳聚糖基温敏凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖基温敏凝胶及其制备方法和应用，属于医疗/美容器械领域。具体包括：这种温敏凝胶材料是以自然界来源广泛的壳聚糖作为原料，通过两步法分别实现羟丁基和没食子酸的修饰接枝得到。以解决相关技术中温敏凝胶粘附性不足的问题。本发明包含了不同工艺条件下的具有不同温敏性和粘附性的温敏凝胶材料的制备和相关应用，合成方法简单，可控性和制备稳定性好，适合大规模生产，而优异的温敏性和粘附性有望实现更好的组织贴附效果，从而实现更优异的口腔粘膜修复作用。

Description

一种壳聚糖基温敏凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及医疗/美容器械领域，具体涉及一种壳聚糖基温敏凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，市场上口腔溃疡制剂的种类日益繁多，针对口腔黏膜的特性，临床多以局部给药为主，有散剂、喷剂、含漱剂、膏剂、凝胶剂、膜剂和贴片等，均能达到短时间隔离、止疼消炎祛肿、修复溃疡之功效。然而，由于口腔特殊的生理环境，大多数制剂在口腔内粘附性低、停留时间短，难以适合口腔的特点在溃疡部位达到持续的有效作用。因此，开发具有长效缓释给药、持久作用、隔绝外界侵蚀特性的新型口腔局部给药制剂是口腔溃疡类药物急需解决的一大难题。
壳聚糖是由甲壳类动物的壳中提取的甲壳素经脱乙酰后得到的天然碱性多糖，它是一种天然抗菌材料，在医药、食品、化工、化妆品等诸多领域的应用研究取得了重大进展，壳聚糖由于其粘附性和高渗透性，是最理想的粘膜给药载体之一。现有技术公开了一种温敏性羟丁基壳聚糖敷料，其常温下为流动性液体，涂敷于人体后可响应温度变为固态类凝胶，进而粘附在创面上。基于羟丁基壳聚糖(HBCS)良好的生物相容性和温度敏感能力，以HBCS为中心的功能性生物材料已经被设计并应用于生物医用领域，包括局部癌症治疗、伤口敷料、药物控制递送和细胞培养。然而，目前的HBCS水凝胶组织粘附性较差，因此研究人员尝试通过各种不同的策略来增强HBCS水凝胶的粘附性。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
现有的HBCS温敏凝胶存在粘附性较差的问题，无法在粘膜部位特别是湿润的粘膜处实现较好的贴附效果，进而实现理想的粘膜修复作用。
发明内容
本发明提供一种壳聚糖基温敏凝胶及其制备方法和其在口腔粘膜修复上的应用，以解决相关技术中存在的温敏凝胶粘附性差的技术问题。该方法拟通过没食子酸的引入，制备得到一种具有优异组织粘附作用的温敏凝胶，并具有较好的温敏成胶性，实现较好的贴附效果，进而实现理想的粘膜修复作用。
根据本申请实施例的第一方面，即一种壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，包括：
将壳聚糖粉末分散在NaOH溶液中进行碱化，分散于异丙醇/水的混合溶液中，加入1,2-环氧丁烷，搅拌反应后得到羟丁基壳聚糖；
在乙醇/水溶液体系中，利用没食子酸对羟丁基壳聚糖进行修饰得到具有优异粘附性和温敏性的壳聚糖基温敏凝胶。
将壳聚糖粉末分散在NaOH溶液中进行碱化，分散于异丙醇/水的混合溶液中，加入1,2-环氧丁烷，搅拌反应后得到羟丁基壳聚糖，具体包括：
将壳聚糖分散在NaOH水溶液中，在氮气气氛保护条件下碱化1～3天后，过滤NaOH溶液，得到碱化壳聚糖；
将碱化壳聚糖分散于异丙醇/水溶液中，搅拌混合均匀，加入1,2-环氧丁烷，在50～60℃下搅拌18～30h，利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3-5天后冷冻干燥得到羟丁基壳聚糖。
所述的NaOH水溶液的质量百分数为40～60％。
所述的异丙醇/水溶液由体积比1∶0.5～2异丙醇和水组成。
在乙醇/水溶液体系中，利用没食子酸对羟丁基壳聚糖进行修饰得到具有优异粘附性和温敏性的壳聚糖基温敏凝胶，具体包括：
将羟丁基壳聚糖溶于水中，将调pH至4～5，得到羟丁基壳聚糖水溶液；
将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺溶于乙醇水溶液中，加入没食子酸羧化；随后加入羟丁基壳聚糖水溶液，搅拌反应18～30h，N2气氛保护，避光；在pH＝4～5的水溶液透析5天，冷冻干燥得到壳聚糖基温敏凝胶。
所述的乙醇水溶液由体积比50∶40～60的乙醇和体积组成。
所述的羟丁基壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、乙醇以及没食子酸的用量比为0.2g∶0.25～0.4g∶0.1～0.3g∶8～12mL∶0.2～0.4g，进一步优选为0.2g∶0.33g：0.2g∶10mL∶0.29g。
进一步优选，一种壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，包括：
将壳聚糖粉末分散在NaOH溶液中进行碱化。
通过过滤除去NaOH溶液，并将碱化后的壳聚糖分散于异丙醇/水的混合溶液中，加入1,2-环氧丁烷，搅拌反应。
用盐酸将上述溶液的pH调节至中性后透析，冻干得到HBCS。
将HBCS溶于水，调节pH至4～5。
配置EDC和NHS的乙醇水溶液，随后加入没食子酸进行羧化，加入上述HBCS溶液，N2气氛保护下，避光搅拌反应。
将上述溶液在pH＝4～5的水溶液中透析，冻干，即可得到羟丁基壳聚糖-g-没食子酸(HBCS-g-GA)。
优选地，所述壳聚糖和NaOH溶液比例为1g∶10mL，NaOH浓度为50％。
优选地，碱化时间为1～3天。
优选地，异丙醇/水混合溶液中异丙醇和水的比例为1∶1。
优选地，加入1,2-环氧丁烷的体积为12.5～20mL。
优选地，加入1,2-环氧丁烷后的反应温度为55℃，搅拌时间为24h。
优选地，HBCS和水的比例为0.2g∶5-10mL。
优选地，EDC∶NHS∶乙醇∶水的比例为0.33g：0.2g：10mL：10mL。
优选地，加入没食子酸和HBCS的摩尔比为1∶2～1∶8。
根据本申请实施例的第二方面，提供第一方面所述的制备方法制备得到的壳聚糖基温敏凝胶。
根据本申请实施例的第三方面，提供第二方面的壳聚糖基温敏凝胶在口腔粘膜修复中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
由上述实施例可知，本发明通过将没食子酸接枝于羟丁基壳聚糖上，制备得到的羟丁基壳聚糖-没食子酸温敏凝胶。由于没食子酸的引入，该方法制备得到的温敏凝胶具有优异的组织粘附性，可以实现良好的组织贴附作用。由于亲水基团的引入，温敏凝胶的成胶性能也得到了较大的改善，不但具有更快速的凝胶响应性，而且温敏时间和温敏范围可调，可以很好的匹配不同的应用场景。此外，通过喷雾技术可以成膜，可抵御细菌的入侵，防止感染，保护伤口，隔绝伤口与外界的接触；涂抹后成胶，与创面贴合良好，生物相容性好，能促进伤口愈合的功能。
在本发明中，通过在羟丁基壳聚糖上接枝没食子酸，实现粘附性和温敏性的提升，从而实现更好的口腔粘膜修复作用。迄今为止，本领域尚未开发一种利用没食子酸提升粘附性和温敏性的温敏凝胶材料。而本发明填补了这一空白。本发明的制备方法具有工艺简单，价格低廉等优点，适合大规模生产。
因使用具有粘附作用的没食子酸作为功能基团，对羟丁基壳聚糖进行设计修饰，实现了粘附性增强的温敏凝胶的制备，并具有更为优异的温敏性能，克服了原有温敏凝胶的粘膜粘附效果不佳的问题，从而使得本申请得到的温敏凝胶具有更好的口腔粘膜粘附和修复效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸的核磁氢谱图。
图2为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸的紫外分光光谱图。
图3为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸不同浓度在可相变温度下的胶凝时间。
图4为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸25℃和37℃可逆相变图。
图5为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸、羟丁基壳聚糖、泊洛沙姆的最短胶凝时间对比图。
图6为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸、羟丁基壳聚糖、泊洛沙姆粘附时间对比图。
图7为本发明实施例中羟丁基壳聚糖-g-没食子酸凝胶浸提液在HGE细胞和RAW细胞的细胞毒性。
图8为本发明实施例中产品液体应用于人体表(37℃)和玻璃片(25℃)凝胶形成情况。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。
本发明的目的在于提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备及其在口腔粘膜修复上的应用。没食子酸具有较好的粘附作用，因此通过没食子酸的引入可以得到优异组织粘附性的温敏凝胶，可以实现良好的组织贴附作用。由于亲水基团的引入，温敏凝胶的成胶性能也得到了较大的改善，不但具有更快速的凝胶响应性，而且温敏时间和温敏范围可调，在生物医用方向具有广阔的应用前景。
下面通过实施例以详细说明本发明。应理解为以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述实例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
本实例提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备，包括：
步骤(1)，将1g壳聚糖在室温下分散在10mL NaOH溶液(50％，w/w)中，在氮气气氛保护条件下碱化24h后，过滤NaOH溶液；
步骤(2)，将上述碱化壳聚糖分散于20mL异丙醇/水溶液中(异丙醇：水＝1∶1)，搅拌30min混合均匀，向烧瓶中加入12.5mL1,2-环氧丁烷，在55℃下搅拌24h；利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3-5天后冷冻干燥得到HBCS样品。
步骤(3)，称取0.2g上述样品溶于100mL水中，将调pH至4～5；
步骤(4)，称取0.33gEDC和0.2gNHS溶于20mL乙醇水溶液(50％，v/v)中，加入0.29g没食子酸羧化30-60min；随后加入上述HBCS溶液，在常温下搅拌反应24h(N2气氛保护，避光)；在pH＝4～5的水溶液透析(避光)5天，冷冻干燥得到HBCS-g-GA。
实施例2
本实例提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备，包括：
步骤(1)，将1g壳聚糖在室温下分散在10mL NaOH溶液(50％，w/w)中，在氮气气氛保护条件下碱化24h后，过滤NaOH溶液；
步骤(2)，将上述碱化壳聚糖分散于20mL异丙醇/水溶液中(异丙醇：水＝1∶1)，搅拌30min混合均匀，向烧瓶中加入20mL1,2-环氧丁烷，在55℃下搅拌24h；利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3～5天后冷冻干燥得到HBCS样品。
步骤(3)，称取0.2g上述样品溶于100mL水中，将调pH至4～5；
步骤(4)，称取0.33gEDC和0.2gNHS溶于20mL乙醇水溶液(50％，v/v)中，加入0.29g没食子酸羧化30～60min；随后加入上述HBCS溶液，在常温下搅拌反应24h(N2气氛保护，避光)；在pH＝4～5的水溶液透析(避光)5天，冷冻干燥得到HBCS-g-GA。
实施例3
本实例提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备，包括：
步骤(1)，将1g壳聚糖在室温下分散在10mL NaOH溶液(50％，w/w)中，在氮气气氛保护条件下碱化24h后，过滤NaOH溶液；
步骤(2)，将上述碱化壳聚糖分散于20mL异丙醇/水溶液中(异丙醇：水＝1∶1)，搅拌30min混合均匀，向烧瓶中加入20mL1,2-环氧丁烷，在55℃下搅拌24h；利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3～5天后冷冻干燥得到HBCS样品。
步骤(3)，称取0.2g上述样品溶于100mL水中，将调pH至4～5；
步骤(4)，称取0.33gEDC和0.2gNHS溶于20mL乙醇水溶液(50％，v/v)中，加入0.29g没食子酸羧化30-60min；随后加入上述HBCS溶液，在常温下搅拌反应24h(N2气氛保护，避光)；在pH＝4～5的水溶液透析(避光)5天，冷冻干燥得到HBCS-g-GA。
核磁结果分析优选的原因。
实施例4
本实例提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备，包括：
步骤(1)，将1g壳聚糖在室温下分散在10mL NaOH溶液(50％，w/w)中，在氮气气氛保护条件下碱化24h后，过滤NaOH溶液；
步骤(2)，将上述碱化壳聚糖分散于20mL异丙醇/水溶液中(异丙醇：水＝1∶1)，搅拌30min混合均匀，向烧瓶中加入20mL1,2-环氧丁烷，在55℃下搅拌24h；利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3～5天后冷冻干燥得到HBCS样品。
步骤(3)，称取0.2g上述样品溶于100mL水中，将调pH至4～5；
步骤(4)，称取0.33gEDC和0.2gNHS溶于20mL乙醇水溶液(50％，v/v)中，加入0.29g没食子酸羧化30-60min；随后加入上述HBCS溶液，在常温下搅拌反应24h(N2气氛保护，避光)；在pH＝4～5的水溶液透析(避光)5天，冷冻干燥得到HBCS-g-GA。
实施例5
本实例提供一种壳聚糖基温敏凝胶的制备，包括：
步骤(1)，将1g壳聚糖在室温下分散在10mL NaOH溶液(50％，w/w)中，在氮气气氛保护条件下碱化24h后，过滤NaOH溶液；
步骤(2)，将上述碱化壳聚糖分散于20mL异丙醇/水溶液中(异丙醇：水＝1∶1)，搅拌30min混合均匀，向烧瓶中加入20mL1,2-环氧丁烷，在55℃下搅拌24h；利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3～5天后冷冻干燥得到HBCS样品。
步骤(3)，称取0.2g上述样品溶于100mL水中，将调pH至4-5；
步骤(4)，称取0.33gEDC和0.2gNHS溶于20mL乙醇水溶液(50％，v/v)中，加入0.29g没食子酸羧化30～60min；随后加入上述HBCS溶液，在常温下搅拌反应24h(N2气氛保护，避光)；在pH＝4～5的水溶液透析(避光)5天，冷冻干燥得到HBCS-g-GA。
实施例3-5为EDC/NHS/没食子酸的投料量的调控，根据实施例3-5所得产物的没食子酸接枝率，结果分析可以得到摩尔比为1∶2、1∶4、1∶6和1∶8条件下的没食子酸接枝率分别为31.47mg/g、43.04mg/g、54.15mg/g、65.35mg/g，后续实施例中优选1∶2条件得到的HBCS-g-GA进行相关性能测试。
实施例6
本实施例提供上述实施例1-5任一项所述的HBCS-g-GA在制备温敏凝胶用于口腔粘膜的修复作用。
将实施例1-5任一项所述的HBCS-g-GA溶解于超纯水中得到温敏凝胶制剂，浓度为3-5％，将所得制剂置于4℃环境下储存。
实施例7
温敏性能：取1mL凝胶溶液于洗净干燥的试管中置于水浴锅中升温，每升高2℃，持续10-60s，然后将试管顺时针倒置，若内容物在30s内不流动，则确定为凝胶的胶凝温度，如图3所示，不同浓度的HBCS-g-GA具有不同的凝胶温度，随着浓度的升高，凝胶温度发生明显的下降。从图4可以看到，HBCS-g-GA温敏凝胶的凝胶性能具有可逆性。将其与市售的泊洛沙姆(F127)进行对比，如图5所示，相对于市面上常见的两种温敏材料，F127和HBCS在37℃最短胶凝时间大于30s，HBCS-g-GA可将胶凝时间控制在10-20s，因此可避免药物在胶凝前突释，提高药物利用率。
实施例8
粘附性能：利用人工模拟唾液(ISO/TR10271标准)，测定体外黏附时间用氰基丙烯酸酯胶(502胶)将玻璃片固定在烧杯内侧上。将凝胶涂抹于玻璃片上(凝胶尺寸1平方厘米)，37℃保持10min，装有500mL模拟唾液的烧杯保持在37℃，后固定在烧杯内侧上。模拟口腔环境，以150rpm的速度搅拌溶液，监测粘附情况，与市售的泊洛沙姆(F127)进行对比。如图6所示，相比于市面上常见的两种温敏材料，F127和HBCS在12h甚至30min内从玻璃片上脱落，HBCS-g-GA粘附时间长达20天以上，更适用于黏膜部位长时间给药。
实施例9
细胞相容性：利用HGE细胞和RAW细胞两种细胞来验证HBCS-g-GA的细胞相容性，具体步骤如下：(1)首先将一定数量的HGE细胞和RAW细胞接种在24孔板中，培养24h；(2)在新鲜培养基中加入HBCS-g-GA，含量为3～10mg/mL，取24h后的浸提液替换上述细胞的培养基，培养24h；(3)将上述24孔板中的培养基替换成含有10％ CCK-8的新鲜培养基，利用酶标仪对其吸光度进行测定，从而可以计算得到细胞的相对存活率。
如图7所示，可以看到，跟对照组相比，不同组的细胞相对存活率都高于90％，说明HBCS-g-GA的浸提液对这两种细胞均没有明显的杀伤，我们得到的温敏凝胶材料具有较好的细胞相容性。
实施例10
口腔喷膜工艺：HBCS-g-GA 2-3％，甘油2-10％，吐温20 0-3％，水余量。(1)先将HBCS-g-GA加入水中，然后缓慢加入甘油后不断搅拌至完全分散开；(2)加入聚山梨醇酯20，加热温度至50～60℃，搅拌均匀后，冷却至室温。如图8所示，本发明的温敏壳聚糖具有组织粘附性和温敏成胶性，喷雾后成膜，可抵御细菌的入侵，防止感染，保护伤口，隔绝伤口与外界的接触；涂抹后成胶，与创面帖合良好，生物相容性好，能促进伤口愈合的功能，不易脱落和流失。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
将壳聚糖粉末分散在NaOH溶液中进行碱化，分散于异丙醇/水的混合溶液中，加入1,2-环氧丁烷，搅拌反应后得到羟丁基壳聚糖；
在乙醇/水溶液体系中，利用没食子酸对羟丁基壳聚糖进行修饰得到具有优异粘附性和温敏性的壳聚糖基温敏凝胶。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，将壳聚糖粉末分散在NaOH溶液中进行碱化，分散于异丙醇/水的混合溶液中，加入1,2-环氧丁烷，搅拌反应后得到羟丁基壳聚糖，具体包括：
将壳聚糖分散在NaOH水溶液中，在氮气气氛保护条件下碱化1～3天后，过滤NaOH溶液，得到碱化壳聚糖；
将碱化壳聚糖分散于异丙醇/水溶液中，搅拌混合均匀，加入1,2-环氧丁烷，在50～60℃下搅拌18～30h，利用盐酸将反应后的溶液调节pH至中性，透析3-5天后冷冻干燥得到羟丁基壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，所述的NaOH水溶液的质量百分数为40～60％。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，所述的异丙醇/水溶液由体积比1∶0.5～2异丙醇和水组成。
5.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，在乙醇/水溶液体系中，利用没食子酸对羟丁基壳聚糖进行修饰得到具有优异粘附性和温敏性的壳聚糖基温敏凝胶，具体包括：
将羟丁基壳聚糖溶于水中，将调pH至4～5，得到羟丁基壳聚糖水溶液；
将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺溶于乙醇水溶液中，加入没食子酸羧化；随后加入羟丁基壳聚糖水溶液，搅拌反应18～30h，N2气氛保护，避光；在pH＝4～5的水溶液透析3～7天，冷冻干燥得到壳聚糖基温敏凝胶。
6.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，所述的乙醇水溶液由体积比50∶40～60的乙醇和体积组成。
7.根据权利要求1所述的壳聚糖基温敏凝胶的制备方法，其特征在于，所述的羟丁基壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、乙醇以及没食子酸的用量比为0.2g∶0.25～0.4g∶0.1～0.3g∶8～12mL∶0.2～0.4g。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的壳聚糖基温敏凝胶。
9.根据权利要求8所述的壳聚糖基温敏凝胶在作为口腔粘膜修复剂的应用。
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