一种基于聚酯纳米粒子化学交联的杂化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基于聚酯纳米粒子化学交联的杂化水凝胶及其制备方法与应用。所述杂化水凝胶的制备方法包括如下步骤：1)纳米粒子的氨解：利用分支状聚乙烯亚胺对纳米粒子进行氨解；所述纳米粒子为空心纳米粒子或实心纳米粒子；2)杂化水凝胶的制备：将经步骤1)处理后的所述纳米粒子与聚合物混合得混合液，所述混合液经涡旋处理即得所述杂化水凝胶。本发明专利技术通过调节纳米粒子的尺寸和固含量，以及聚合物的浓度，使制备的水凝胶具有可调节的孔尺寸，机械性能和表面氨基残留量。本发明专利技术水凝胶中，纳米粒子为含酯键的可降解的高分子材料，聚合物为PEG分子，都具有良好的生物可降解性和生物相容性的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种杂化水凝胶及其制备方法与应用，具体涉及一种基于聚酯纳米粒子化学交联的杂化水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
水凝胶具有三维网状结构、较好的生物相容性以及可调的机械性能等特性，可模拟天然组织，在组织工程领域存在潜在的应用。组织再生过程中的生物活性高度的依赖于水凝胶的3D结构，相互贯穿的多孔结构有利于细胞的生长和迁移，以及营养物质的输送和废液的排出，同时，多孔结构也可为细胞的生长提供短暂的空间和支撑。表面特性，例如：粗糙度，形貌以及化学基团等对细胞的粘附存在显著的影响。因此，为满足组织生长的需求，需设计一种水凝胶具有可控的孔尺寸，可调的表面特性以及较好的机械性能。天然和合成的聚酯类材料的可降解性，生物相容性等优点，常用作组织工程材料。但是，聚酯类材料具有较少的活性基团难以满足化学交联形成凝胶的条件，因此，需要对聚酯类材料进行表面改性，赋予较多的活性基团。此外，活性基团需具备足够的链长，连接邻近的纳米粒子形成凝胶。因此，需解决活性基团的数量以及链长的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于聚酯纳米粒子化学交联的杂化水凝胶及其制备方法，本专利技术采用氨基处理的方式对纳米粒子进行处理，具有如下效果：增加纳米粒子的水分散性，赋予纳米粒子较多的活性基团，可使纳米粒子作为化学交联点以及纳米粒子表面较长的活性基团链可连接邻近的纳米粒子形成水凝胶；本专利技术通过调节纳米粒子的固含量和尺寸以及聚合物的浓度，实现对凝胶的孔尺寸、机械强度以及氨基残留量的调节。本专利技术水凝胶的纳米粒子的壳层或核内载药可降低药物的暴释，延长药物的释放时间。本专利技术所提供的杂化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)纳米粒子的氨解利用分支状聚乙烯亚胺对纳米粒子进行氨解；所述纳米粒子为空心纳米粒子或实心纳米粒子；2)杂化水凝胶的制备将经步骤1)处理后的所述纳米粒子与聚合物混合得混合液，所述混合液经涡旋
处理即得所述杂化水凝胶。上述的制备方法中，所述分支状聚乙烯亚胺的支化率的大小对氨解效果没有实质性影响，都能够达到本专利技术的技术效果，实现本专利技术的目的，可根据具体需要进行选择。上述的制备方法中，所述纳米粒子的粒径可为50nm～1000nm，具体可为300nm～1000nm、530nm～1000nm、300nm～530nm、300nm、530nm或1000nm；所述纳米粒子为由含酯键的生物可降解高分子材料通过常规的方法制备得到；所述含酯键的生物可降解高分子材料选自聚羟基脂肪酸酯、纤维素、聚氨基酸、淀粉、甲壳质、胶原、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙交酯(PGA)、聚乳酸(PLA)、丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)、丙交酯-己内酯共聚物(PLC)、乙交酯-己内酯共聚物(PGC)、乙交酯-丙交酯-己内酯共聚物(PGLC)、乙交酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PGA)、丙交酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PLA)、己交酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PCL)、丙交酯-乙交酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PLGA)、丙交酯-己内酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PLC)和乙交酯-己内酯-聚乙二醇醚共聚物(PEG-b-PGC)中至少一种；所述含酯键的生物可降解高分子材料的分子量可为5,000～200,000，其中聚乙二醇醚嵌段的分子量为200～20,000。上述的制备方法中，步骤1)中，所述氨解按照如下步骤进行：将所述纳米粒子分散于所述分支状聚乙烯亚胺的溶液中得到悬浮液，对所述悬浮液进行处理，即实现对所述纳米粒子的氨解。上述的制备方法中，所述分支状聚乙烯亚胺的溶液采用乙醇/水配制得到；所述乙醇/水为乙醇与水的混合溶剂；所述乙醇与所述水的体积比为1：1～5；所述分支状聚乙烯亚胺的溶液中，所述分支状聚乙烯亚胺的摩尔浓度可为10～50mM，具体可为50mM；对所述悬浮液进行超声处理；所述超声处理的功率为20～100W，具体可为100W；所述超声处理的时间为10～120min，具体可为30～60min、30mn、40min或60min，以增大表面电势；所述悬浮液中，所述纳米粒子的质量-体积浓度为2～5mg/mL，具体可为5mg/mL。上述的制备方法中，所述聚合物选自α,ω-二醛基聚乙二醇(CHO-PEG-CHO)、α,ω-二琥珀酸酯聚乙二醇(SC-PEG-SC)、α,ω-二琥珀酸亚胺酯聚乙二醇(SCM-PEG-SCM)、三臂星型聚乙二醇醛基(3-arm-PEG-CHO)、三臂星型聚乙二醇琥珀酸酯(3-arm-PEG-SC)、三臂星型聚乙二醇琥珀酸亚胺酯(3-arm-PEG-SCM)、四臂星型聚
乙二醇醛基(4-arm-PEG-CHO)、四臂星型聚乙二醇琥珀酸酯(4-arm-PEG-SC)、四臂星型聚乙二醇琥珀酸亚胺酯(4-arm-PEG-SCM)、六臂星型聚乙二醇醛基(6-arm-PEG-CHO)、六臂星型聚乙二醇琥珀酸酯(6-arm-PEG-SC)和六臂星型聚乙二醇琥珀酸亚胺酯(6-arm-PEG-SCM)中至少一种。所述聚合物的分子量可为10,000～20,000，如10,000。上述的制备方法中，步骤2)中，将所述纳米粒子和所述聚合物于水中进行混合，具体可将所述纳米粒子的水溶液与所述聚合物的水溶液进行混合，所述纳米粒子的水溶液与所述聚合物的水溶液的体积比可为1：1；所述混合液中，所述纳米粒子的固含量可为2.5％～15％，具体可为2.5％～10％、2.5％～7.5％、7.5％～10％、2.5％、7.5％或10％，所述聚合物的质量百分比浓度可为2.5％～5％，具体可为2.5％或5％；所述化学交联可在涡旋的条件下进行。通过调节所述聚合物的浓度以及所述纳米粒子的固含量能够实现对所述杂化水凝胶的孔尺寸的调节，根据如下规律进行调整：所述杂化水凝胶的孔尺寸随着所述聚合物的浓度和/或所述纳米粒子的固含量的增加而缩小，如300nm纳米粒子化学交联形成的杂化水凝胶，当所述聚合物的浓度由2.5％增加至5％、所述纳米粒子的固含量由2.5％增加至7.5％时，所述杂化水凝胶的孔尺寸由20～40μm减小到10～20μm；如530nm纳米粒子化学交联形成的杂化水凝胶，当所述聚合物的浓度由2.5％增加至5％、所述纳米粒子的固含量由7.5％增加至10％时，所述杂化水凝胶的孔尺寸由100～200μm减小到80～100μm。本专利技术上述方法制备得到的杂化水凝胶也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所制备的杂化水凝胶具有可调的机械性能，因此在组织工程的应用中可为细胞的粘附和生长提供环境和机械支撑，可作为药物输送的载体，可模拟天然的组织，因此在组织工程方面具有潜在的应用。本专利技术杂化水凝胶也可用于制备药物载体，将药物包载于所述纳米粒子的壳层或核内，因为本专利技术是以纳米粒子作为交联点，化学交联聚合物而形成的杂化水凝胶，相对于纳米粒子通过扩散以及表面的降解实现药物的释放，本专利技术杂化水凝胶首先需要通过化学键的断裂，才能实现药物的释放吗，所以利用本专利技术杂化水凝胶制备的药物载体能够作降低纳米粒子早期通过表面扩散导致的暴释行为，同时延长药物的释放时间。本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术采用氨解的处理方法，处理后的纳米粒子具有良好的水分散性。2)本专利技术氨解处理纳米粒子后，赋予纳米粒子表面较多的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)纳米粒子的氨解利用分支状聚乙烯亚胺对纳米粒子进行氨解；所述纳米粒子为空心纳米粒子或实心纳米粒子；2)杂化水凝胶的制备将经步骤1)处理后的所述纳米粒子与聚合物混合得混合液，所述混合液经化学交联即得所述杂化水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种杂化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)纳米粒子的氨解利用分支状聚乙烯亚胺对纳米粒子进行氨解；所述纳米粒子为空心纳米粒子或实心纳米粒子；2)杂化水凝胶的制备将经步骤1)处理后的所述纳米粒子与聚合物混合得混合液，所述混合液经化学交联即得所述杂化水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子的粒径为50nm～800nm；所述纳米粒子为由含酯键的生物可降解高分子材料制备得到；所述含酯键的生物可降解高分子材料选自聚羟基脂肪酸酯、纤维素、聚氨基酸、淀粉、甲壳质、胶原、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙交酯、聚乳酸、丙交酯-乙交酯共聚物、丙交酯-己内酯共聚物、乙交酯-己内酯共聚物、乙交酯-丙交酯-己内酯共聚物、乙交酯-聚乙二醇醚共聚物、丙交酯-聚乙二醇醚共聚物、己交酯-聚乙二醇醚共聚物、丙交酯-乙交酯-聚乙二醇醚共聚物、丙交酯-己内酯-聚乙二醇醚共聚物和乙交酯-己内酯-聚乙二醇醚共聚物中至少一种。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，所述氨解按照如下步骤进行：将所述纳米粒子分散于所述分支状聚乙烯亚胺的溶液中得到悬浮液，对所述悬浮液进行处理，即实现对所述纳米粒子的氨解。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述分支状聚乙烯亚胺的溶液采用乙醇/水配制得到；所述乙醇/水为乙醇与水的混合溶剂；所述乙醇与所述水的体积比为1：1～5；所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德成，庄亚平，沈红，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11