一种动态交联双网络水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种动态交联双网络水凝胶及其制备方法与应用。所述动态交联双网络水凝胶由主网络和次网络于水性介质中经穿插缠结形成；主网络为动态的共价键交联聚合物；次网络为离子键交联聚合物；共价键交联聚合物由聚合物A与聚合物B经共价键交联形成；离子键交联聚合物由聚合物C与离子化合物经离子键交联形成。本发明专利技术制备方法简单，可原位注射成型，即可在复合凝胶几种成分复合后迅速原位形成水凝胶，常温即可进行，用此种方法制备出的水凝胶可以在所需部位快速形成所需形状，无需提前制备模型，极为快速方便，同时考虑到它所具备的优良的力学性能，使其在组织修复中的应用具备广阔前景。

A DYNAMIC CROSSLINKING DOUBLE-NETWORK HYDROGEL AND ITS PREPARATION METHOD AND APPLICATION

The invention discloses a dynamic crosslinking double network hydrogel, a preparation method and application thereof. The dynamic cross-linking double-network hydrogel is formed by intersection and entanglement of the main network and the secondary network in the aqueous medium; the main network is a dynamic covalent cross-linking polymer; the secondary network is an ionic cross-linking polymer; the covalent cross-linking polymer is formed by the covalent cross-linking of polymer A and polymer B; and the ionic cross-linking polymer is formed by polymerization. Compound C and ionic compounds are formed by ionic bond crosslinking. The preparation method is simple, and in situ injection molding, the hydrogel can be rapidly formed in situ after compounding several components of the composite gel, and can be carried out at normal temperature. The hydrogel prepared by the method can rapidly form the desired shape at the desired part, and does not need to prepare the model in advance, so it is very fast and convenient, taking into account it. With excellent mechanical properties, it has broad prospects in tissue repair applications.

【技术实现步骤摘要】
一种动态交联双网络水凝胶及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种双网络水凝胶，具体涉及一种动态交联双网络水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
水凝胶是一种网络交联三维结构的高分子材料，它以水为分散介质，水凝胶的优点是含水量极高，和人体组织相似，并且可以通过改性获得很好的组织相容性、可降解性和较低的细胞毒性，使其在药物输送和组织修复中应用广泛。常用水凝胶材料可以分为天然高分子和人工合成高分子。其中天然高分子材料包括蛋白：胶原、蚕丝蛋白、纤维蛋白等；多糖：壳聚糖及衍生物、透明质酸酶、海藻酸、淀粉基材料、纤维素、右旋糖苷等。它们的优点是：低毒性、生物降解性，比较低的加工处理费用，再生能力，有利于细胞依附和再生。缺点是：较低的机械、热、化学稳定性，有可能引发排斥反应和有疾病传播的风险。制备过程中有可能失去生物活性。人工合成高分子材料发展比较成熟的有PLGA、PCL、PLA、POE、PPF、PUAs、PURs以及它们的共聚物，可以通过改变它们的分子量、共聚比，在较大范围内改变它们的机械性能、降解性能等。例如PLA等的降解速率受很多因素形象，如移植物尺寸、化学组成、晶区和非晶区形态比例、多分散性、环境因素等，改变这些条件则有可能改变材料的可降解性。然而人工合成高分子面临细胞毒性、生物相容性等一系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种动态交联双网络水凝胶及其制备方法与应用，本专利技术利用了天然高分子的低毒性、优良的生物相容性和较低廉的加工成本，制备出了一种动态交联的双网络水凝胶，通过主次网络之间的相互配合，得到了力学性能优异的水凝胶材料，为其实现对软骨等对力学性能要求较高的组织材料的修复提供了可能性，同时此种水凝胶具备可注射性能。本专利技术所提供的动态交联双网络水凝胶，由主网络和次网络于水性介质中穿插缠结形成；所述主网络为动态的共价键交联聚合物；所述次网络为离子键交联聚合物。本专利技术动态交联双网络水凝胶中所述主网络与所述次网络之间没有任何的相互作用。本专利技术动态交联双网络水凝胶中的“动态”指的是成键不稳定，断裂后具备一定可恢复能力的键合方式，如在酸性条件下。上述的动态交联双网络水凝胶中，所述共价键交联聚合物由聚合物A与聚合物B经共价键交联形成；所述聚合物A可为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖、PEG接枝多巴胺和PEG接枝苯硼酸中至少一种；所述PEG接枝多巴胺指的是一个PEG分子链两端分别接枝一个多巴胺分子，其中多巴胺的接枝率可为50～100％，所述接枝率指的是PEG分子链两端成功接枝上多巴胺分子的摩尔比；所述PEG接枝苯硼酸指的是一个PEG分子链两端分别接枝一个苯硼酸分子，其中苯硼酸的接枝率可为50～100％，所述接枝率指的是PEG分子链两端成功接枝上苯硼酸分子的摩尔比；所述聚合物A的分子量可为5～5000kDa。上述的动态交联双网络水凝胶中，所述聚合物B可为聚乙烯醇和/或PEG接枝醛基；所述PEG接枝醛基指的是一个PEG分子链两端分别接枝一个苯甲醛分子，其中醛基的接枝率可为50～100％，所述接枝率指的是PEG分子链两端成功接枝上苯甲醛分子的摩尔比；所述聚合物B的分子量可为5～5000kDa。上述的动态交联双网络水凝胶中，所述离子键交联聚合物由聚合物C与离子化合物经离子键交联形成；所述聚合物C为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氨基酸、聚乳酸、海藻酸和透明质酸中至少一种；所述聚合物C的分子量可为5～5000kDa。述的动态交联双网络水凝胶中，所述离子化合物可为氯化镁、氯化钙、氯化铁、氯化锌、磷酸钡、氯化钡和氯化铝中至少一种。上述的动态交联双网络水凝胶中，所述水性介质没有特殊要求，可选择水、生理盐水、缓冲溶液、乙酸溶液、组织培养液或体液。本专利技术还提供了所述动态交联双网络水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将所述主网络和所述次网络的组分均溶于所述水性介质中，然后混合后经搅拌即得。具体地，可按照下述1)或2)的方式混合：1)将所述聚合物A、所述聚合物B、所述聚合物C和所述离子化合物分别溶于所述水性介质中，然后将得到的4种溶液混合；2)将所述聚合物A和所述离子化合物溶于所述水性介质中得到混合溶液1，将所述聚合物B和所述聚合物C溶于所述水性介质中得到混合溶液2，再将混合溶液1和混合溶液2混合。对于混合搅拌的温度没有特殊限制，室温即可，便于原位包封如蛋白、多肽、药物或细胞等生物活性物质。优选的将各组分分别溶解后混合；各溶液中，各组分的浓度可为5～200mg/mL，具体可为20～40mg/mL、20mg/mL或40mg/mL。本专利技术所述动态交联双网络水凝胶可用于组织工程或组织修复中，特别是软骨组织的修复。与现有技术相比，本专利技术所述的双网络水凝胶，主网络以共价键形式交联，次网络以离子键形式交联，动态交联双网络的形成使水凝胶具备了优良的力学性能，同时，本专利技术制备方法简单，可原位注射成型，即可在复合凝胶几种成分复合后迅速原位形成水凝胶，常温即可进行，用此种方法制备出的水凝胶可以在所需部位快速形成所需形状，无需提前制备模型，极为快速方便，同时考虑到它所具备的优良的力学性能，使其在组织修复中的应用具备广阔前景。附图说明图1为实施例1制备的壳聚糖单网络水凝胶的扫描电镜图片。图2为实施例1制备的海藻酸钙单网络水凝胶的扫描电镜图片。图3为实施例1制备的双网络水凝胶的扫描电镜图。图4为实施例1制备的双网络水凝胶分别降解其中一种网络后与其对应的单网络力学性能对比图。图5为实施例1制备的双网络水凝胶的动态键可自修复演示。图6为实施例5制备的单双网络水凝胶的压缩应力-应变曲线。图7为实施例7制备的双网络水凝胶注射演示示意图。图8为实施例12中小鼠皮下包埋水凝胶4周和8周的H&E组织切片。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。以下实施例涉及的RPMI1640、DMEM培养基为Gibco公司生产的市售产品。以下实施例中使用的PEG接枝醛基(CHO-PEG-CHO)是按照下述方法制备的：将4-羧基苯甲醛2.4g、二环己基碳二亚胺3.3g和4-二甲氨基吡啶0.122g用二氯甲烷溶解后加入用二氯甲烷溶解的聚乙二醇(2000Da)4g，37℃反应24小时后用乙酸乙酯200μL终止反应，半小时后过滤，将滤出液旋蒸，抽滤，加入异丙醇70℃溶解，冷却后放入-20℃冰箱重结晶，结晶产物过滤，将固体用乙醚和异丙醇各冲洗两次，离心3次，取上清液，冻干得最终产物。所制备的CHO-PEG-CHO中，醛基的接枝率为80％。以下实施例中使用的PEG接枝苯硼酸是按照下述方法制备的：HO-PEG-OH3g、对羧基苯硼酸2.656g、DCC3.7g和DMAP0.1757g一次性加入100mlDCM中，常温搅拌反应48h，过滤，旋蒸除去DCM，产物用水溶解，离心三次除去不溶物，冷冻干燥得最终产物。所制备的PEG接枝苯硼酸中，苯硼酸的接枝率为85％。以下实施例中未特殊说明的所使用的水性介质皆为去离子水。实施例1、羟乙基壳聚糖/海藻酸钙动态交联双网络水凝胶的制备配制20mg/ml羟乙基壳聚糖和20mg/ml氯化钙的混合溶液1，配制20mg/mlCHO-PEG-CHO和20mg/ml海藻酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态交联双网络水凝胶，其特征在于：所述动态交联双网络水凝胶由主网络和次网络于水性介质中经穿插缠结形成；所述主网络为动态的共价键交联聚合物；所述次网络为离子键交联聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种动态交联双网络水凝胶，其特征在于：所述动态交联双网络水凝胶由主网络和次网络于水性介质中经穿插缠结形成；所述主网络为动态的共价键交联聚合物；所述次网络为离子键交联聚合物。2.根据权利要求1所述的动态交联双网络水凝胶，其特征在于：所述共价键交联聚合物由聚合物A与聚合物B经共价键交联形成；所述聚合物A为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖、PEG接枝多巴胺和PEG接枝苯硼酸中至少一种。3.根据权利要求2所述的动态交联双网络水凝胶，其特征在于：所述与聚合物B为聚乙烯醇和/或PEG接枝醛基。4.根据权利要求1-3中任一项所述的动态交联双网络水凝胶，其特征在于：所述离子键交联聚合物由聚合物C与离子化合物经离子键交联形成；所述聚合物C为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫衍，屈小中，杨振忠，杨迪，李梦楠，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11