CN116854949A - 一种温敏性水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温敏性水凝胶的制备方法以及加入碳酸氢钠后对水凝胶成胶速率的特征性影响，具体涉及一种以壳聚糖、β‑甘油磷酸钠（β‑GP）和NaHCO3为主要原料合成的温敏性水凝胶，同时β‑GP与NaHCO3适当的用量比例而成为良好的凝胶剂，所得的产物能满足临床应用的需求。本发明的优点在于：(1)以壳聚糖、β‑甘油磷酸钠、碳酸氢钠为主要原料合成的温敏性水凝胶，所用原料生物安全性高，部分已是商业化产品。(2)所制备的温敏性水凝胶凝胶时间大大降低，大大改善其在临床应用上的前景。(3)制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种温敏性水凝胶的制备方法，本发明属于纳米生物医药材料领域。
背景技术
壳聚糖是自然界中唯一存在的碱性阳离子天然多糖，由于其生物相容性、生物降解性、无毒性、伤口愈合支持和抑菌作用，长期应用于药物递送和组织工程。而当溶液的 pH值大于 6.2时，由于壳聚糖分子链上正电荷密度的降低，分子链内及分子链间排斥力将下降，从而导致壳聚糖从溶液中析出，产生白色絮状物，因此限制了其在生物医疗等方面的应用。而在β-GP存在的情况下，即使pH值为6.8–7.2，壳聚糖溶液在室温下也能保持液态。形成的 CS/β-GP 合溶液具有温度敏感性，当温度升高到体温时，它会凝结。研究发现壳聚糖、β-GP和水中的相互作用可能是由于溶胶/凝胶的转变：1.诱导质子从壳聚糖转移到β-GP时，静电排斥作用减弱，从而使壳聚糖链发生氢键；2.糖铵与β-GP磷酸基团之间的静电吸引3.还原壳聚糖链极性和增强疏水相互作用及甘油对水的结构作用。
传统的壳聚糖/β-甘油磷酸钠（β-GP）热敏水凝胶的应用受到凝胶速率缓慢的限制，容易导致异位软骨样组织的形成以及疼痛等并发症。本研究采用碳酸氢钠（NaHCO3）与β-GP作为凝胶剂制备水凝胶。发现使用不同浓度NaHCO3以及不同用量的凝胶剂制备水凝胶显示出的凝胶速率均有所不同。总的来说，适当浓度的β-GP与NaHCO3合可以成为提高壳聚糖温敏性水凝胶凝胶速率的良好凝胶剂。
发明内容
本发明目的在于提供一种温敏性水凝胶的制备方法，
本发明目的通过以下方案实现：一种温敏性水凝胶的制备方法，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，以及探究凝胶剂的合适配比，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g加入到25ml去离子水中，然后，在搅拌下加入25ml 0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），
将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到的壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将50%的β-GP溶解在0.1M至0.4M的不同浓度的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌；得到的凝胶剂4℃储存；
(3)在配好的壳聚糖溶液中边搅拌边加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值；
(4) 通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于5ml离心管中，然后浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时的时间记录为凝胶时间。
本发明以壳聚糖、β-甘油磷酸钠、碳酸氢钠为主要原料合成的温敏性水凝胶通过改善凝胶剂成分比例，可控制凝胶时间的长短。
所用壳聚糖脱乙酰度可以为85%、90%、95%中的一种。
壳聚糖溶液的比例可以为1%、2%、3%中的一种。
本发明通过加入碳酸氢钠后对水凝胶成胶速率的特征性影响，制备一种以壳聚糖、β-甘油磷酸钠和碳酸氢钠为主要原料合成的温敏性水凝胶，同时探究了加入不同浓度的碳酸氢钠以及凝胶剂的用量对CS/β-GP混合体系凝胶速率的影响。通过对比得到β-GP与NaHCO3适当的用量比例而成为良好的凝胶剂。
本发明的优点在于：
(1)以壳聚糖、β-甘油磷酸钠、碳酸氢钠为主要原料合成的温敏性水凝胶，所用原料生物安全性高，部分已是商业化产品。
(2)制备的温敏性水凝胶凝胶时间大大降低，大大改善其在临床应用上的前景。
(3)制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。
附图说明
图1为实施例所制备出的凝胶实物图；
图2为实施例1所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图；
图3为实施例2所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图；
图4为实施例3所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图；
图5为实施例4所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图；
图6为实施例5所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图；
图7为实施例6所制备的水凝胶的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g加入25ml去离子水中，然后，在搅拌下加入25mL 0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），所得溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2) 使用0.22μM过滤器冷却至4℃，将0.6mL浓度50%的β-GP进行灭菌后放入4℃储存；
(3)在配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值6.83；
(4) 通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时的时间记录为凝胶时间，本实施例液体不流动时耗费时间大于4h。
图2为实施例1所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶孔状结构清晰，且分布较为均匀。
实施例2
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g分配在25ml去离子水中，然后在搅拌下加入25mL浓度0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将0.6mL浓度50%的β-GP溶解在3mL浓度0.1M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器冷却至4℃进行灭菌；所得凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.84；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为2h。
图3为本实施例2所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶孔状结构清晰，且分布较为均匀。
实施例3
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g加入在25ml去离子水中，然后在搅拌下加入25mL浓度0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在3ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌。得到凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5mL置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.87；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为30min。
图4为实施例3所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶孔状结构清晰，且分布较为均匀。
实施例4
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g分配在25ml去离子水中，然后在搅拌下加入25mL浓度0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将0.6mL浓度50%的β-GP溶解在3mL浓度0.4M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器冷却至4℃进行灭菌；所得凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5mL置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.91；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50mL离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为8min 。
图5为实施例4所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶在加入碳酸氢钠后表面结构有所变化，但是孔状结构依然较为明显。
实施例5
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g分配在25ml去离子水中，然后在搅拌下加入25mL浓度0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在2ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌；得到的凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.94；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为15min。
图6为实施例5所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶在加入碳酸氢钠后表面结构有所变化，但是孔状结构依然较为明显。
实施例6
一种温敏性水凝胶的，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，按以下步骤制备：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g分配在25ml去离子水中，然后在搅拌下加入25ml0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），将溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在1ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌；得到的凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为7.07；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为6min。
图7为实施例6所制得的温敏性水凝胶的扫描电子显微镜图，由图可见，实验制备的水凝胶在加入碳酸氢钠后表面结构有所变化，但是孔状结构依然较为明显。
Claims (9)
1.一种温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，通过碳酸氢钠加快溶液-凝胶转化，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖粉末暴露于紫外线下过夜以进行杀菌并取1g加入25ml去离子水中，然后，在搅拌下加入25mL 0.2M的盐酸溶液（最终盐酸浓度为0.1M），所得溶液在室温下保持过夜，以确保壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液在4℃下储存；
(2)使用振荡机将50%的β-甘油磷酸钠（β-GP）溶解在0.1M-0.4M的不同浓度的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器冷却至4℃进行灭菌；得到的凝胶剂 4℃储存；
(3)在配好的壳聚糖溶液中边搅拌边加入凝胶剂，获得均匀混合体系后pH值为6.84-7.07；
(4) 通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时的时间记录为凝胶时间。
2.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，以壳聚糖、β-GP、碳酸氢钠为主要原料合成的温敏性水凝胶通过改善凝胶剂成分比例，以控制凝胶时间的长短。
3.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于所述的壳聚糖脱乙酰度为85%、90%、95%中的一种。
4.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于壳聚糖溶液的比例为1%、2%、3%中的一种。
5.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用振荡机将0.6mL浓度50%的β-GP溶解在3mL浓度0.1M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器冷却至4℃进行灭菌；所得凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.84；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为2h。
6.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在3ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌。得到凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5mL置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.87；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为30min。
7.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用振荡机将0.6mL浓度50%的β-GP溶解在3mL浓度0.4M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器冷却至4℃进行灭菌；所得凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5mL置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.91；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50mL离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为8min 。
8.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，(2)使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在2ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌；得到的凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为6.94；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为15min。
9.根据权利要求1所述温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用振荡机将0.6ml50%的β-GP溶解在1ml0.2M的NaHCO3溶液中，并使用0.22μM过滤器（冷却至4℃）进行灭菌；得到的凝胶剂4℃储存；
(3)取配好的壳聚糖溶液5ml置于烧杯中，在磁力搅拌下缓慢加入凝胶剂，获得均匀混合体系后使用pH计测量出混合溶液pH值为7.07；
(4)通过管倒置法测量溶液-凝胶转化时间，将混合好的溶液装于50ml离心管中，浸入37℃的水浴中，每隔1min翻转离心管进行观察，液体不流动时耗费时间为6min。
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| CN117270586A (zh) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | 深圳市普朗医疗科技发展有限公司 | 透明质酸钠凝胶制备的自动定量控制方法及系统 |
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2023
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| CN117270586B (zh) * | 2023-11-21 | 2024-01-30 | 深圳市普朗医疗科技发展有限公司 | 透明质酸钠凝胶制备的自动定量控制方法及系统 |
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