一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶及其制备方法技术

一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶及其制备方法，利用甲基丙烯酸缩水甘油酯分别改性羟乙基壳聚糖和透明质酸，获得羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯；羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯经光化学聚合得到第一个网络结构羟乙基壳聚糖水凝胶，经冻干后浸渍透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和光引发剂的水溶液，实施光化学聚合形成第二网络透明质酸水凝胶，得到羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶。该水凝胶的力学和溶胀性能等可调节；水凝胶形成速度快、工艺简单、结构稳定性好，可用于体外3D肿瘤模型构建、药物递送、组织再生等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用材料领域，具体涉及一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种三维网络的聚合物，能够吸收大量水分溶胀而不溶解，它兼具固体和液体双重性质，这一特性使其广泛应用于3D肿瘤模型、组织工程、药物载体等领域。3D肿瘤模型作为水凝胶的一个重要领域，其主要原理为利用各种方法及材料，使细胞呈现空间立体方式增长，更接近于体内生长模式，形成类似体内组织的结构，即一种体外模拟体内生长环境的模型。水凝胶的三维空间网络结构和天然的细胞外基质相似，多孔结构为细胞黏附、增殖、生长提供支撑作用和代谢空间，且可通过调节孔径尺寸、孔隙率、比表面积等，形成与特定组织结构相适应的微观结构。此外，它富含水分，有利于氧气、营养物质和细胞代谢产物运输，对周围组织的摩擦和机械刺激小[HP Tan,KG Marra.Injectable,biodegradable hydrogels for tissue engineering applications.Materials,2010,3(3):1746-1767]。天然高分子材料形成的水凝胶具有良好的生物相容性、低毒性、低免疫原性等特点，受到广泛青睐，常见的天然高分子包括壳聚糖、透明质酸、胶原蛋白、藻酸盐、丝素蛋白等。壳聚糖水凝胶和透明质酸水凝胶作为研究最为集中的两类水凝胶各具特色，壳聚糖是一种聚阳离子多糖，含有葡糖胺和N-乙酰葡糖胺，与细胞外基质中的葡糖氨基葡聚糖分子结构相似。而透明质酸作为细胞外基质的主要成分之一，是一种带负电荷的粘性多糖，能被细胞内或血清中的透明质酸酶降解，且能高效结合水分，黏弹性高。虽然两者的水凝胶都能较好地模拟体外环境，然而，细胞外基质是一种分子复合体，含有水、电解质及多种生物活性分子。人体组织中的细胞与细胞外基质是一种动态平衡、相互作用、相互依存的关系，即细胞通过分泌各种酶降解细胞外基质，同时合成分泌新的物质来动态改造微环境，以满足自身生存需要；而细胞外基质能够调控细胞的黏附、移行、增殖、分化及基因表达等一系列生物学行为[SF Badylak,DJ Weiss,A Caplan,et al.Engineered whole organs and complex tissues.Lancet,2012,379:943-952]。因此，单一成分的水凝胶并不能完全模拟细胞外基质的成分，通过两种或多种能够优势互补的原料来制备多成分的水凝胶不失为一种很好的解决办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶及其制备方法，首先利用甲基丙烯酸缩水甘油酯分别改性羟乙基壳聚糖和透明质酸，获得羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯；接着，采用光化学聚合方法依次获得第一个网络结构羟乙基壳聚糖水凝胶和第二网络透明质酸水凝胶，获得羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶。该双网络水凝胶可更加有效地模拟体内细胞外基质，其力学和溶胀性能等可调节；水凝胶形成速度快、工艺简单、结构稳定性好，可用于体外3D肿瘤模型构建、药物递送、组织再生等方面。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶的制备：将羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯溶于水中形成质量浓度为0.5％～4％的溶液，接着加入羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量0.05％～0.5％的水溶性光引发剂，磁力搅拌混合均匀后利用紫外光辐照0.5分钟～8分钟，光化学聚合形成的羟乙基壳聚糖水凝胶经冷冻干燥，得到第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶，备用；2)第二网络透明质酸水凝胶的制备：将步骤1)得到的第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样浸渍于透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和水溶性光引发剂的水溶液中，至溶胀平衡，实施光化学聚合0.5分钟～10分钟，得到羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶；其中，羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为2:1～1:3，透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量浓度为0.5％～4％，水溶性光引发剂的质量为透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量的0.05％～0.5％。本专利技术进一步的改进在于，所述羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的制备方法如下：配制质量浓度为0.2％～2％的羟乙基壳聚糖溶液，然后加入羟乙基壳聚糖重复单元数0.1～0.9倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯，再采用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液将pH调至8.0，然后在65℃～85℃下搅拌3小时～8小时，然后经去离子水透析3天；最后，将含产物的透析液经冷冻干燥，得到羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。本专利技术进一步的改进在于，所述的透析采用的透析袋截留分子量为3500Da；所述的冷冻干燥为零下20℃保持72小时、20℃保持4小时。本专利技术进一步的改进在于，所述的羟乙基壳聚糖的制备方法如下：1)将壳聚糖分散于质量浓度为30％～60％的NaOH溶液中，其中壳聚糖和NaOH的质量比为3:5；向其中加入氯乙醇的异丙醇溶液，随后升温至65℃回流反应4小时～7小时；其中壳聚糖重复单元数：氯乙醇：异丙醇的摩尔比为1:3:5～1:6:9；2)反应结束后，用盐酸将pH值调至中性，所得产物用体积浓度为75％～90％的乙醇和无水乙醇洗数次，真空干燥后溶于水中，透析48小时，再经冷冻干燥，得到羟乙基壳聚糖。本专利技术进一步的改进在于，所述壳聚糖粘均分子质量为300kDa～1000kDa，脱乙酰度大于90％。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)和2)中的水溶性光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮。本专利技术进一步的改进在于，所述的透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和水溶性光引发剂混合物的水溶液的体积等于羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样的体积。本专利技术进一步的改进在于，所述的紫外光辐照的参数为：中心波长为365nm、光强为1200mJ/cm2～1500mJ/cm2、辐照距离为15cm；所述透明质酸分子量为100kDa～1000kDa。本专利技术进一步的改进在于，所述的透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的制备方法如下：配制质量浓度为0.5％～2％的透明质酸溶液，接着加入4-二甲氨基吡啶、四丁基溴化铵、甲基丙烯酸缩水甘油酯，氮气保护下室温反应12小时～48小时，再经去离子水透析3天后进行冷冻干燥，得到透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯；其中，4-二甲氨基吡啶的用量为透明质酸重复单元摩尔数的0.05～10倍，四丁基溴化铵的用量为透明质酸重复单元摩尔数的0.1～3倍，甲基丙烯酸缩水甘油酯的用量为透明质酸重复单元摩尔数的1～20倍。一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶，该水凝胶具有连通的多孔结构，平均孔径为150μm，压缩模量为38.69kPa。与现有水凝胶的制备技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)首先利用甲基丙烯酸缩水甘油酯分别改性羟乙基壳聚糖和透明质酸，获得羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯；接着，采用光化学聚合方法依次获得第一个网络结构羟乙基壳聚糖水凝胶和第二网络透明质酸水凝胶，获得羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶。该水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶的制备：将羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯溶于水中形成质量浓度为0.5％～4％的溶液，接着加入羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量0.05％～0.5％的水溶性光引发剂，磁力搅拌混合均匀后利用紫外光辐照0.5分钟～8分钟，光化学聚合形成的羟乙基壳聚糖水凝胶经冷冻干燥，得到第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶，备用；2)第二网络透明质酸水凝胶的制备：将步骤1)得到的第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样浸渍于透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和水溶性光引发剂的水溶液中，至溶胀平衡，实施光化学聚合0.5分钟～10分钟，得到羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶；其中，羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为2:1～1:3，透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量浓度为0.5％～4％，水溶性光引发剂的质量为透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量的0.05％～0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶的制备：将羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯溶于水中形成质量浓度为0.5％～4％的溶液，接着加入羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量0.05％～0.5％的水溶性光引发剂，磁力搅拌混合均匀后利用紫外光辐照0.5分钟～8分钟，光化学聚合形成的羟乙基壳聚糖水凝胶经冷冻干燥，得到第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶，备用；2)第二网络透明质酸水凝胶的制备：将步骤1)得到的第一网络羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样浸渍于透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和水溶性光引发剂的水溶液中，至溶胀平衡，实施光化学聚合0.5分钟～10分钟，得到羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶；其中，羟乙基壳聚糖水凝胶冻干样和透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为2:1～1:3，透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量浓度为0.5％～4％，水溶性光引发剂的质量为透明质酸接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯质量的0.05％～0.5％。2.根据权利要求1所述的一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，所述羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的制备方法如下：配制质量浓度为0.2％～2％的羟乙基壳聚糖溶液，然后加入羟乙基壳聚糖重复单元数0.1～0.9倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯，再采用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液将pH调至8.0，然后在65℃～85℃下搅拌3小时～8小时，然后经去离子水透析3天；最后，将含产物的透析液经冷冻干燥，得到羟乙基壳聚糖接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。3.根据权利要求2所述的一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的透析采用的透析袋截留分子量为3500Da；所述的冷冻干燥为零下20℃保持72小时、20℃保持4小时。4.根据权利要求2所述的一种羟乙基壳聚糖/透明质酸双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的羟乙基壳聚糖的制备方法如下：1)将壳聚糖分散于质量浓度为30％～60％的NaOH溶液中，其中壳聚糖和NaOH的质量比为3:5；向其中加入氯乙醇的异丙醇溶液，随后...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱军民，张雅萍，胥伟军，杨明，万雪丽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61