一种PVA超分子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PVA超分子水凝胶及其制备方法与应用。所述制备方法包括如下步骤(1)或(2)：分别制备聚乙烯醇水溶液、4‑羧基苯硼酸水溶液或4‑羧基苯硼酸盐水溶液，按照下述步骤(1)或(2)即得到PVA超分子水凝胶：(1)将聚乙烯醇水溶液与4‑羧基苯硼酸水溶液和/或4‑羧基苯硼酸盐水溶液混合，经凝胶化成型即得；(2)聚乙烯醇水溶液和4‑羧基苯硼酸水溶液和/或4‑羧基苯硼酸盐水溶液经单独或混合后注入混合注射装置，经注射成型即得。本发明专利技术PVA超分子水凝胶可作为注射材料。本发明专利技术PVA超分子水凝胶可用于药物包封与输送、组织工程或组织修复中，所述组织修复优选软骨组织的修复。

【技术实现步骤摘要】
一种PVA超分子水凝胶及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种水凝胶及其制备方法与应用，具体涉及一种PVA超分子水凝胶其制备方法与应用。
技术介绍
水凝胶是一种以水为分散介质的三维网络交联结构的高分子材料，与人体组织相似的高含水量高分子材料，通过改性可以得到良好的组织相容性、可降解性以及较低的细胞毒性，这些特性使其在药物输送和组织修复中拥有广泛的应用。在生物医学工程中，水凝胶可以作为组织修复材料，对受损伤的皮肤、血管、软骨等组织进行修复，起到支架和载体的作用。由于组织破损的形状往往并不规则，因此人们对具有可注射能力的原位凝胶化体系提出需求[Balakrishnan,B.；Jayakrishnan,A.,Self-cross-linkingbiopolymersasinjectableinsituformingbiodegradablescaffolds[J].Biomacromolecules2014,15,4495-4508.]。可注射水凝胶不仅可以对不规则形状的受损部位完整填充，而且以注射形式植入的方法也将给患者带来较小的创伤[Wang,H,；Heilshorn,S.C.,Adaptablehydrogelnetworkswithreversiblelinkagesfortissueengineering[J].AdvancedMaterials2015,27,3717-3736]。可注射水凝胶的制备一般是预先制备出含有凝胶材料或者其他辅料的水溶液，注射进入体内后，材料间发生物理或化学相互作用导致交联，这些相互作用包括疏水作用、离子间相互作用，原位化学反应如迈克尔加成、席夫反应、氧化还原反应等。不过对于生物医学应用，上述凝胶化过程需在温和的条件下进行，其pH、温度、离子强度等物理条件应在生理环境条件范围内[Li,Y,；He,C.；Wu,Y,；Chen,X.,SynergistictherapeuticeffortsofSchiff’sbasecross-linkedinjectablehydrogelsforlocalco-deliveryofmetforminand5-fluorouracilinamousecoloncarcinomamodel[J].Biomaterials2016,75,148-162.]。原位凝胶化能够使水凝胶三维包封不同类型生物活性物质，如药物、蛋白等，并使之缓慢释放或控制释放。此外，水凝胶还可三维包载细胞，作为组织工程支架使用。水凝胶应用于组织工程领域的主要问题之一是其模量和强度与一些生物组织(如骨、软骨组织)相比还有较大差距，因而研发高力学性能且具良好生物相容性的水凝胶材料是当前本领域的重要工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有可注射能力的模量可调的PVA(聚乙烯醇)超分子水凝胶及其制备方法，基于本专利技术PVA超分子水凝胶的可注射性和模量可调特性，其适用于可对药物、生物活性分子和细胞进行装载和输送，可用于药物输送与组织工程领域。本专利技术所提供的PVA超分子水凝胶，其化学组成包含聚乙烯醇(PVA)、4-羧基苯硼酸和/或4-羧基苯硼酸盐和含多价阳离子的无机或有机盐，由4-羧基苯硼酸/盐在水介质中与聚乙烯醇间形成苯硼酸酯键、与多价阳离子间形成配合物和/或静电相互作用进行交联。本专利技术所提供的PVA超分子水凝胶的制备方法，包括如下步骤：分别制备聚乙烯醇水溶液、4-羧基苯硼酸水溶液或4-羧基苯硼酸盐水溶液，按照下述步骤(1)或(2)即得到所述PVA超分子水凝胶：(1)将所述聚乙烯醇水溶液与所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液混合，经凝胶化成型即得；(2)所述聚乙烯醇水溶液和所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液经单独或混合后注入混合注射装置，经注射成型即得。上述的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的平均分子量可为3000～250000，水解度可为40％～99％。上述的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数不大于40％，具体可为1～30％、4～30％、4％、14％、15％、20％、25％或30％；所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液的质量分数不大于30％，具体可为0.1～30％、2～30％、2％、6％、18％、25％或30％。上述的制备方法中，步骤(1)中还包括将所述聚乙烯醇水溶液、所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液与无机盐水溶液或有机盐水溶液混合的步骤或将经所述凝胶化成型后的水凝胶掺入或浸入无机盐水溶液或有机盐水溶液的步骤。上述的制备方法中，步骤(2)中还包括将无机盐水溶液或有机盐水溶液单独或与所述聚乙烯醇水溶液、所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液混合后注入所述混合注射装置的步骤。所述无机盐水溶液或所述有机盐水溶液的质量分数不大于20％，具体可为0～15％，但不为零，具体可为1～15％、1％、2％、4％、5％、14％或15％；所述无机盐水溶液采用的无机盐中的阳离子或所述有机盐水溶液采用的有机盐中的阳离子均为多价阳离子；所述多价阳离子可为钙离子、铁离子、镁离子、锌离子、铝离子、钡离子、锰离子、镍离子、锡离子和铬离子中至少一种。上述的制备方法中，步骤(1)中，所述凝胶化成型的条件如下：温度为4～100℃，具体可为25～100℃、25℃、37℃、60℃或100℃，pH为3.0～11.0，具体可为3.0～9.0、3.0、6.0、7.4或9.0。上述的制备方法中，步骤(2)中，所述混合注射装置可为双联混药器。上述的制备方法中，所述4-羧基苯硼酸盐具体可为4-羧基苯硼酸钠或4-羧基苯硼酸钾。上述的制备方法中，所述制备方法还包括向所述聚乙烯醇水溶液或所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液中加入化学药物、蛋白、多肽、基因、基因片段或细胞的步骤。上述的制备方法中，可通过改变组成来调节水凝胶的压缩和拉伸模量与强度，如通过单独或同时改变所述聚乙烯醇水溶液、所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液、所述无机盐水溶液或所述有机盐水溶液的质量分数进行调整。本专利技术方法制备得到的PVA超分子水凝胶也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所述PVA超分子水凝胶可作为注射材料。本专利技术所述PVA超分子水凝胶可用于药物包封与输送、组织工程或组织修复中，所述组织修复优选软骨组织的修复。本专利技术利用PVA的低毒性、生物相容性，并以苯硼酸酯键合、静电相互作用等作用方式实现高分子链交联，从而温和条件下较便捷地制备原位凝胶化材料，并能够通过改变水凝胶的化学组成有效调控其力学性能。与现有技术相比，本专利技术PVA超分子水凝胶具有两种动态相互作用，即硼酸酯和离子相互作用，形成高分子与小分子的超分子交联结构，其制备方法简单，并可方便地通过改变原料组成调控所得水凝胶的力学性能，且调节范围大。本专利技术水凝胶可原位成型、可注射，同时考虑到它的生物相容性和对生物活性物质的包封能力，使其在药物输送和组织修复中的应用中具备广阔前景。附图说明图1为实施例1制备的水凝胶的压缩应力-应变曲线。图2为实施例2制备的水凝胶压缩应力-应变曲线。图3为实施例3制备的水凝胶拉伸应力-应变曲线。图4为实施例4中水凝胶修复图。图5为实施例5中水凝胶注射示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVA超分子水凝胶的制备方法，包括如下步骤(1)或(2)：分别制备聚乙烯醇水溶液、4‑羧基苯硼酸水溶液或4‑羧基苯硼酸盐水溶液，按照下述步骤(1)或(2)即得到所述PVA超分子水凝胶：(1)将所述聚乙烯醇水溶液与所述4‑羧基苯硼酸水溶液和/或4‑羧基苯硼酸盐水溶液混合，经凝胶化成型即得；(2)所述聚乙烯醇水溶液和所述4‑羧基苯硼酸水溶液和/或4‑羧基苯硼酸盐水溶液经单独或混合后注入混合注射装置，经注射成型即得。

【技术特征摘要】
1.一种PVA超分子水凝胶的制备方法，包括如下步骤(1)或(2)：分别制备聚乙烯醇水溶液、4-羧基苯硼酸水溶液或4-羧基苯硼酸盐水溶液，按照下述步骤(1)或(2)即得到所述PVA超分子水凝胶：(1)将所述聚乙烯醇水溶液与所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液混合，经凝胶化成型即得；(2)所述聚乙烯醇水溶液和所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液经单独或混合后注入混合注射装置，经注射成型即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的平均分子量为3000～250000，水解度为40％～99％；所述聚乙烯醇水溶液的质量分数不大于40％；所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液的质量分数不大于30％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中还包括将所述聚乙烯醇水溶液、所述4-羧基苯硼酸水溶液和/或4-羧基苯硼酸盐水溶液与无机盐水溶液或有机盐水溶液混合的步骤或将经所述凝胶化成型后的水凝胶掺入或浸入无机盐水溶液或有机盐水溶液的步骤。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中还包括将无机盐水溶液或有机盐...

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