一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，具体按照以下步骤实施：首先，将壳聚糖溶解于溶剂中，加入甲基丙烯酸酐，得到甲基丙烯酰化的壳聚糖溶液，再装入透析袋中透析，冷冻干燥，冷藏，之后将甲基丙烯酰化壳聚糖溶于水中，加入丙烯酰化F127，向混合液中加入光引发剂，搅拌均匀，使用5～10W的UV光交联制备水凝胶，即可得到高强度壳聚糖水凝胶。该方法通过光交联水溶性壳聚糖与F127衍生物，即可获得2～4MPa压缩强度的高弹性水凝胶，同时也提高了水凝胶结构的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法
本专利技术属于水凝胶材料制备
，具体涉及一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法。
技术介绍
高分子水凝胶是由化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维聚合物网络，因其类似细胞外基质结构，在组织工程支架方面具有潜在应用价值。水凝胶可由合成高分子、天然高分子以及生物分子等制备而成，比如聚乙二醇，聚甲基丙烯酸羟乙酯，壳聚糖，海藻酸钠，蛛丝蛋白等。壳聚糖作为天然多糖，具有无味、无臭、无毒和抗菌等优异性能，广泛用于制备细胞培养水凝胶支架，比如，中国专利《多孔壳聚糖支架、神经干细胞多孔壳聚糖支架及其用途》(申请号：CN201010532905.5)提供了一种利用戊二醛交联的可用于神经干细胞培养的多孔壳聚糖支架；中国专利《一种定向成孔的壳聚糖支架及其制备方法》(申请号：201510334698.5)利用氢氧化钠和快速冷冻处理获得了一种可用于组织工程骨修复的定向孔壳聚糖支架。由于壳聚糖局限于溶解在乙酸，盐酸等酸性介质溶液中，这些支架的制备又使用戊二醛，氢氧化钠等物质做交联剂，相分离剂，因此难以用于原位细胞包载和三维培养。为了解决这一问题，中国专利《一种可UV固化且可溶于水的磁性壳聚糖水凝胶的制备方法》(申请号：CN201310275379.2)提供了一种可UV固化且可溶于水的N-甲基丙烯酰化磁性壳聚糖水凝胶制备技术。以上技术通过分子修饰，制备的水溶性壳聚糖，可实现细胞三维包载和培养。然而，目前壳聚糖及其衍生物组成的水凝胶普遍力学强度低，结构脆弱易碎，严重限制了其作为结构材料的应用于入骨软骨、皮肤、血管等组织器官的修复与再生领域。为了克服水凝胶机械性能的缺陷，研究者设计并合成了多种多样的具有新型网络结构的水凝胶。代表性的有建立双网络结构，以“活动交联点”代替共价交联点、以纳米颗粒为巨型多功能交联点或者引入“牺牲键”、非共价作用和超分子自组装等作用吸收能量、减少因共价键不均匀分布而导致的应力集中和网络结构破坏，从而提高凝胶的强度和韧性。例如，中国专利《一种高强度水凝胶的制备方法》(申请号：201510080672.2)中公开了通过分散蒙脱土至壳聚糖/甲基丙烯酸混合水溶液，再引发制备断裂伸长率超3000％的高强度水凝胶。以上方法中所获得的高强度水凝胶，除了使用天然高分子，还添加了丙烯酰胺、N,N'-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸月桂酸酯等成份，这些化学成份在引发、聚合以及交联过程前后会对细胞培养产生毒性。因此，避免使用上述化学成份，发展细胞与生物相容性好，满足力学强度要求的水凝胶是组织工程与再生医学研究的焦点问题。为了解决壳聚糖的水溶性，通过对其进行甲基丙烯酰化，获得了可UV光交联的水溶性甲基丙烯酰化壳聚糖；为了提高其交联密度，利用功能化的F127作为交联剂，以UV引发，制备了高压缩强度、细胞与生物相容性好的水凝胶的壳聚糖水凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，解决了现有水凝胶力学强度弱、结构稳定性差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，制备含双键改性的壳聚糖溶液；步骤2，制备高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，具体为：将经步骤1后得到的甲基丙烯酰化壳聚糖溶于水中，之后加入F127衍生物，得到混合液，最后对混合液进行后处理，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；F127衍生物为醛基化F127或者丙烯酰化F127；当F127衍生物为醛基化F127时，将混合液在30～37℃放置0.5～1h，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、醛基化F127、水的质量比为1～2：10～15：100；当F127衍生物为丙烯酰化F127时，向混合液中加入光引发剂，搅拌均匀，使用5～10W的UV光交联制备水凝胶，即可得到高强度壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、丙烯酰化F127、水和光引发剂的质量比为1～2：10～15：100：1。本专利技术的特点还在于：步骤1中，制备含双键改性的壳聚糖溶液，具体为：步骤1.1，将壳聚糖溶解于溶剂中，搅拌均匀，加入甲基丙烯酸酐，之后置于60℃～65℃的条件下反应3h～5h，得到甲基丙烯酰化的壳聚糖溶液；壳聚糖、溶剂和甲基丙烯酸酐的质量比为1～2：100：1～2；溶剂为乙酸水溶液，乙酸与水的体积比为1：50～100；步骤1.2，将经步骤1.1后得到的甲基丙烯酰化壳聚糖溶液装入分子量为3000～8000的透析袋中透析7天～10天，之后在-55～-65℃的条件下冷冻干燥48h～72h，最后在-18℃～-25℃的条件下冷藏，备用。步骤2中，UV光的光强为10～15mW/cm2，光照时间为1～2min；光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮。步骤2中，丙烯酰化F127的制备方法，具体为：将PluronicF127溶解于无水二氯甲烷中，并置于0℃～4℃的冰水浴中，加入三乙胺，通入氮气保护15～20min，得到混合液a；PluronicF127、无水二氯甲烷和三乙胺的摩尔比为1：5：10～20；按每秒1滴～2滴的速度向混合液a中滴加丙烯酰氯，之后置于0℃～4℃的冰水浴中反应48h～60h，得到反应混合液，再将反应混合液进行过滤，除去滤渣，得到反应液；丙烯酰氯与混合液a的质量比为1：10～20；向反应液中加入石油醚，沉淀15min～30min，之后将得到的固体物质置于真空干燥箱中干燥，得到丙烯酰化F127；反应液与石油醚的体积比为1：10～15；干燥温度为25℃～35℃，干燥时间为12h～24h。步骤2中，醛基化F127的制备方法，具体为：将F127与甲苯混合均匀，之后在45～50℃的条件下旋蒸去除甲苯，旋蒸时间为1～2h，再加入干燥的二氯甲烷，搅拌溶解F127，搅拌时间20～30min，之后在1～5℃冰浴条件下向F127中加入三乙胺，最后在0～2℃的条件下将甲磺酰氯在30～45min内缓慢滴加到F127中，滴加完毕后继续在该条件下反应1～3h，得到混合液b；F127、甲苯、二氯甲烷、三乙胺、甲磺酰氯的摩尔比为0.1～0.2：85～100：150：1.2；将混合液b的温度升至30～35℃，继续搅拌反应24小时后，向混合液b中加入去离子水，静置分相，液相用二氯甲烷萃取五次，合并有机相，之后依次用0.8～1.2mol/L的稀盐酸溶液洗涤、饱和食盐水各洗涤有机相两次，再静置分相，有机相用无水硫酸钠在30～35℃条件下干燥12～24h，得到混合液c；混合液b、去离子水、二氯甲烷、饱和食盐水、无水硫酸钠的质量比1：1～2：10：10～20：10；将混合液c进行旋蒸，去除混合液中60％～80％的溶剂，得到浓缩液，之后将浓缩液依次在冰乙醚中沉淀1～2h、在二氯甲烷溶解20～30min，重复沉淀-溶解三次，过滤，将得到的滤渣置于30～35℃真空烘箱中室温干燥12～24h，即可得到甲磺酰基化F127；浓缩液、冰乙醚、二氯甲烷的质量比为1：5～10：5；将甲磺酰基化F127、N,N-二甲基甲酰胺、4-羟基苯甲醛和碳酸钾混合均匀，于80℃条件下下搅拌反应三天，得到混合液d，之后将混合液d冷至室温，加入去离子水充分搅拌后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，制备含双键改性的壳聚糖溶液；步骤2，制备高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，具体为：将经步骤1后得到的甲基丙烯酰化壳聚糖溶于水中，之后加入F127衍生物，得到混合液，最后对混合液进行后处理，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；F127衍生物为醛基化F127或者丙烯酰化F127；当F127衍生物为醛基化F127时，将混合液在30～37℃放置0.5～1h，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、醛基化F127、水的质量比为1～2：10～15：100；当F127衍生物为丙烯酰化F127时，向混合液中加入光引发剂，搅拌均匀，使用5～10W的UV光交联制备水凝胶，即可得到高强度壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、丙烯酰化F127、水和光引发剂的质量比为1～2：10～15：100：1。

【技术特征摘要】
1.一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，制备含双键改性的壳聚糖溶液；步骤2，制备高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，具体为：将经步骤1后得到的甲基丙烯酰化壳聚糖溶于水中，之后加入F127衍生物，得到混合液，最后对混合液进行后处理，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；F127衍生物为醛基化F127或者丙烯酰化F127；当F127衍生物为醛基化F127时，将混合液在30～37℃放置0.5～1h，即可得到甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、醛基化F127、水的质量比为1～2：10～15：100；当F127衍生物为丙烯酰化F127时，向混合液中加入光引发剂，搅拌均匀，使用5～10W的UV光交联制备水凝胶，即可得到高强度壳聚糖水凝胶；甲基丙烯酰化壳聚糖溶液、丙烯酰化F127、水和光引发剂的质量比为1～2：10～15：100：1。2.根据权利要求1所述的一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，制备含双键改性的壳聚糖溶液，具体为：步骤1.1，将壳聚糖溶解于溶剂中，搅拌均匀，加入甲基丙烯酸酐，之后置于60℃～65℃的条件下反应3h～5h，得到甲基丙烯酰化的壳聚糖溶液；壳聚糖、溶剂和甲基丙烯酸酐的质量比为1～2：100：1～2；溶剂为乙酸水溶液，乙酸与水的体积比为1：50～100；步骤1.2，将经步骤1.1后得到的甲基丙烯酰化壳聚糖溶液装入分子量为3000～8000的透析袋中透析7天～10天，之后在-55～-65℃的条件下冷冻干燥48h～72h，最后在-18℃～-25℃的条件下冷藏，备用。3.根据权利要求1所述的一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，UV光的光强为10～15mW/cm2，光照时间为1～2min；光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮。4.根据权利要求1所述的一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，丙烯酰化F127的制备方法，具体为：将PluronicF127溶解于无水二氯甲烷中，并置于0℃～4℃的冰水浴中，加入三乙胺，通入氮气保护15～20min，得到混合液a；PluronicF127、无水二氯甲烷和三乙胺的摩尔比为1：5：10～20；按每秒1滴～2滴的速度向混合液a中滴加丙烯酰氯，之后置于0℃～4℃的冰水浴中反应48h～60h，得到反应混合液，再将反应混合液进行过滤，除去滤渣，得到反应液；丙烯酰氯与混合液a的质量比为1：10～20；向反应液中加入石油醚，沉淀15min～30min，之后将得到的固体物质置于真空干燥箱中干...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鹏刚，张华，杨帆，张效林，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61