多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，以改性后具有羧基或羟基基团的水溶性壳聚糖作为第一组分，以醛基化改性的多糖类高分子或多糖类高分子混合物作为第二组分，通过两种改性的组分间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。本发明专利技术制备的可注射水凝胶成胶时间在5~200s之间，具有良好的机械性能。通过改变壳聚糖及多糖的改性率、两组分的摩尔比以及水凝胶的固含量可以对成胶时间、力学强度、微观形貌、含水量进行调控。凝胶网络内部含有的大量氨基、羧基、醛基等活性基团可通过共价键与药物及蛋白结合，作为生物相容性优良的新型医用材料，在再生医学、组织工程、药物控释等领域有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水凝胶制备方法，特别是可注射型水凝胶制备方法，应用于再生医学、组织工程、药物控释等

技术介绍
水凝胶是亲水的聚合物网络，它能够吸收大量的水分，但由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中，只能溶涨且保持一定的形状。水凝胶具有良好的生物相容性、水渗透性，通过人工合成可得到不同微观结构和性能的水凝胶材料，这些性质使水凝胶在生物医学领域获得了广泛的应用。在再生医学领域，可注射水凝胶的研究尤其引人注目。可注射水凝胶可用于生物活性分子控释、细胞的包埋以及用作组织支架材料等方面。水凝胶在体内原位形成，这样就可避免外科手术过程中的高度创伤性，加速愈合、减少病人痛苦、降低医疗费用。特别当用于修复复杂形状的组织时，可注射水凝胶具有自适应性，可体温固化，这是一般水凝胶不可比拟的。可以说，可注射水凝胶是未来生物医用材料应用发展的重要方向之一。可注射水凝胶按形成机理可分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。物理交联水凝胶的分子链通过非共价键连接，如范德华作用、离子作用、氢键作用和疏水作用等一些次价力作用所形成的交联网状结构，而这些水凝胶一般都可以由溶胶-凝胶状态之间相互转变。但是物理交联作用力较弱，容易在pH值、离子强度等外界条件发生变化时遭到破坏，机械性能较差，故在实际应用上受到一定的限制。化学交联水凝胶则通过交联剂使分子链由共价键作用形成三维交联的网络结构，性能较物理交联水凝胶稳定，具有较高的交联密度和较好的机械性能，并且能够通过调节交联剂的用量来控制凝胶的交联度和溶胀度。但化学交联水凝胶使用有一定毒副作用的低分子交联剂或者改性剂，不可避免地带来生物相容性问题。    可注射水凝胶的材料来源主要分为合成和天然高分子。后者包括蛋白质和多糖，具有细胞外基质类似的生化结构与组成，生物相容性好，价格低廉，材料来源广泛。壳聚糖是一种天然的氨基葡萄糖聚合物，带正电荷，其结构与细胞外基中多糖相似，在体内的降解产物为氨基葡萄糖单体，能被人体所吸收。此外，壳聚糖还具有良好的生物相容性，对组织无不良反应，并且来源广泛，价格便宜，在组织工程中应用广泛。由于其分子内、分子间的氢键作用，使其呈紧密的晶态结构，所以不溶于水和大多数有机溶剂。溶解性差成为限制壳聚糖应用的主要因素。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，以壳聚糖为主要组分，以多糖类高分子或多糖类高分子混合物作为第二组分，对两组分进行改性，通过席夫碱反应及静电作用获得机械性能好、生物相容性良好并且能够快速成型的可注射用壳聚糖多重交联水凝胶。本专利技术对壳聚糖进行水溶性改性，使其能够应用于低成本和安全的可注射水凝胶体系。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，以经过化学改性后具有羧基基团或羟基基团的水溶性壳聚糖作为第一组分，以进行醛基化化学改性的多糖类高分子或进行醛基化化学改性的多糖类高分子混合物作为第二组分，通过两种改性的组分之间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。作为本专利技术优选的技术方案，分别制备质量浓度为0.5~3wt%的改性壳聚糖水溶液和质量浓度为0.5~3wt%的醛基化改性多糖水溶液，分别作为第一组分和第二组分，将两组分以体积比9:1~1:9混合，通过两种改性的组分之间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。作为本专利技术更加优选的技术方案，以羟基酸类改性剂或酸酐类改性剂对壳聚糖进行化学改性，获得具有羧基基团或羟基基团的水溶性壳聚糖，羟基酸类改性剂采用羟基乙酸、乳酸或乳糖酸，酸酐类改性剂采用丁二酸酐、戊二酸酐或己二酸酐。作为上述技术方案的第一种优选方案，配制质量百分比浓度为0.1~1wt%的壳聚糖水溶液，按改性剂与壳聚糖重复单元摩尔比0.5:1~6:1，向壳聚糖水溶液中加入羟基酸类改性剂之后，按N-羟基琥珀酰亚胺或1-羟基苯并三唑与壳聚糖重复单元摩尔比为0.5:1~3:1的加到上述溶液中溶解，调节溶液pH为4~7，加入活化剂1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐，按照1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺摩尔比为0.5:1~5:1，将活化剂加入壳聚糖水溶液体系。使壳聚糖水溶液体系反应进行1~48h之后，将壳聚糖水溶液体系的pH值调至7，然后产物透析冻干，即得到经过羟基酸类改性的具有羟基基团的水溶性壳聚糖。N-羟基琥珀酰亚胺或1-羟基苯并三唑并不是羟基酸类改性剂，是一种辅助活化剂，来作为活化剂1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐的补充，起提高活化效率的作用。作为上述技术方案的第二种优选方案，配制质量百分比浓度为0.1~1wt%的壳聚糖水溶液，按改性剂与壳聚糖重复单元摩尔比0.5:1~6:1，向壳聚糖水溶液中加入酸酐类改性剂，使壳聚糖水溶液体系反应进行10~48h之后产物丙酮沉淀，将壳聚糖水溶液体系的pH值调至7，然后将产物透析冻干，即得到经过酸酐类改性的具有羟基基团的水溶性壳聚糖。作为上述技术方案的优选方案，采用氧化剂，对重复单元含邻羟基或相邻羟基/氨基的多糖进行氧化改性，得到醛基化改性的多糖衍生物。作为上述技术方案的更加优选方案，配制质量百分比浓度为0.1~1wt%的多糖类高分子水溶液，加入氧化剂，氧化剂与多糖高分子重复单元摩尔比为0.1:1~1:1，在避光条件下反应1~5h之后，再向多糖类高分子水溶液体系中加入乙二醇，乙二醇与氧化剂摩尔比为1:1~2:1，然后将改性产物透析冻干，即得到醛基化改性的多糖衍生物。上述氧化剂优选采用高碘酸钠、重铬酸钾、双氧水或亚硫酸钠。上述多糖类高分子优选采用羧甲基壳聚糖、透明质酸、羧甲基纤维素或海藻酸钠。 本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1. 本专利技术针对化学交联水凝胶和物理交联水凝胶的缺陷，制备了基于静电作用及希夫碱化学交联的可注射水凝胶，对壳聚糖进行化学改性，引入羧基、羟基等基团，制备在中性条件下溶解的水溶性壳聚糖，将羧酸盐类多糖进行部分氧化处理，得到醛基化多糖衍生物，通过改性壳聚糖上的氨基与醛基化多糖衍生物上的醛基之间的席夫碱反应以及氨基与多糖上羧基之间的静电作用，成功制备得到了壳聚糖可注射水凝胶；2. 本专利技术制备的水凝胶可有效避免小分子交联剂的使用，提高了水凝胶的生物相容性，同时可增强单一作用水凝胶的稳定性和机械强度；3. 本专利技术制备的可注射水凝胶成胶时间在5~200s之间，采用多重交联的成胶工艺，使得该水凝胶具有良好的机械性能，通过改变壳聚糖及多糖的改性率、两组分的摩尔比以及水凝胶的固含量可以对成胶时间、力学强度、微观形貌、含水量进行调控；4. 本专利技术制备的水凝胶的凝胶网络内部含有的大量氨基、羧基、醛基等活性基团，可以通过共价键与药物及蛋白结合；5. 本专利技术制备的水凝胶作为一种新型的生物相容性优良的新型医用材料，在组织工程、药物控释、再生医学等领域有良好的应用前景。...

【技术保护点】
一种多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，其特征在于：以经过化学改性后具有羧基基团或羟基基团的水溶性壳聚糖作为第一组分，以进行醛基化化学改性的多糖类高分子或进行醛基化化学改性的多糖类高分子混合物作为第二组分，通过两种改性的组分之间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，其特征在于：以经过化学改性后具有羧基基团或羟基基团的水溶性壳聚糖作为第一组分，以进行醛基化化学改性的多糖类高分子或进行醛基化化学改性的多糖类高分子混合物作为第二组分，通过两种改性的组分之间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。
2.根据权利要求1所述多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，其特征在于：分别制备质量浓度为0.5~3wt%的改性壳聚糖水溶液和质量浓度为0.5~3wt%的醛基化改性多糖水溶液，分别作为第一组分和第二组分，将两组分以体积比9:1~1:9混合，通过两种改性的组分之间的静电作用和希夫碱反应，获得具有多重交联网络结构的水凝胶。
3.根据权利要求2所述多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，其特征在于：以羟基酸类改性剂或酸酐类改性剂对壳聚糖进行化学改性，获得具有羧基基团或羟基基团的水溶性壳聚糖，羟基酸类改性剂采用羟基乙酸、乳酸或乳糖酸，酸酐类改性剂采用丁二酸酐、戊二酸酐或己二酸酐。
4.根据权利要求3所述多重交联多糖可注射型水凝胶制备方法，其特征在于：配制质量百分比浓度为0.1~1wt%的壳聚糖水溶液，按改性剂与壳聚糖重复单元摩尔比0.5:1~6:1，向壳聚糖水溶液中加入羟基酸类改性剂之后，按N-羟基琥珀酰亚胺或1-羟基苯并三唑与壳聚糖重复单元摩尔比为0.5:1~3:1的加到上述溶液中溶解，调节溶液pH为4~7，加入活化剂1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐，按照1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺摩尔比为0.5:1~5:1，将活化剂加...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜世峰，王滔滔，王耀伟，许娇娇，方圆，孙园园，宋丽，尹静波，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31