生物可降解水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可生物降解水凝胶及其制备方法。首先制备大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶，称取魔芋精粉，溶于蒸馏水中，搅拌，再加入无机碱，调节ｐＨ值，控制一定温度和时间进行交联，产物经水洗，反复冻融几次，冻干；其次是将大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶溶胀在一定比例的丙烯酸、交联剂、引发剂的水溶液中，控制一定温度和时间进行聚合，得到的产物经水洗后干燥。本发明专利技术方法简便有效，反应中不使用有机溶剂，得到的水凝胶具有良好的生物可降解性和ｐＨ响应性，可以吸附或包埋药物用于药物的控制释放，本发明专利技术在生物化学、医学、农业、日用化工等领域有多种用途。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医用高分子材料领域，更具体涉及一种生物可降解水凝胶，同时还涉及生物可降解水凝胶的制备方法，它是由魔芋葡甘聚糖热碱交联、冻融处理得到的凝胶与聚丙烯酸构成的互穿聚合物网络。
技术介绍
高分子水凝胶是亲水高分子的体型网络，它在水中可溶胀并保持大量水分而又不溶解。水凝胶在生物化学、医学、农业、日用化工等领域的许多用途，引起了科学工作者的普遍关注。聚丙烯酸水凝胶是一种应用很广的合成高分子材料，具有pH响应性，在药物口服制剂上有良好的应用前景。但由于它的非生物降解性限制了它在生物医药方面的应用。魔芋的块茎富含魔芋葡甘聚糖，它是魔芋精粉的主要成分，约占干品重的50％～60％。魔芋葡甘聚糖作为一种天然高分子多糖，具有许多良好的性质，诸如生物相容性，成膜性，可生物降解性等。可应用于食品、生化、医药及日常生活各个方面。魔芋葡甘聚糖在碱的作用下加热时发生脱乙酰反应，自交联形成热不可逆的凝胶。冻融技术是制备大孔水凝胶的一种较为简便的方法，例如采取冻融的方法得到聚乙烯醇的物理交联水凝胶，其强度比未冻融处理的凝胶有所提高。天然高分子和合成高分子形成互穿聚合物网络(IPN)，可以兼有两者的特性，同时能改善材料的机械性能。我们在以前的研究工作中，合成了魔芋葡甘聚糖接枝共聚丙烯酸水凝胶(CN 02139036.3，CN03128030.7)。迄今为止尚未见关于采用互穿聚合物网络技术制备魔芋葡甘聚糖/聚丙烯酸水凝胶的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种生物可降解水凝胶，它同时具有魔芋葡甘聚糖的生物降解性和聚丙烯酸的pH响应性，并且具有均匀的大孔结构，较高的机械强度，快速的溶胀性能和灵敏的pH响应性。魔芋葡甘聚糖来自价廉易得的农产品，本专利技术也为农副产品的综合利用提供了一条有效途径。本专利技术的另一个目的是在于提供一种生物可降解水凝胶的制备方法，就是采用大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶溶胀在含有丙烯酸、交联剂、引发剂的水溶液中制备互穿聚合物网络，该方法简单有效，反应条件温和，反应介质为水，不采用有机溶剂，可以在反应过程中包埋蛋白质、多肽等生物活性大分子，并保持活性。实现本专利技术的技术方案为一种生物可降解水凝胶，它是由大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶溶胀在丙烯酸、交联剂、引发剂的水溶液中，40～60℃下聚合反应12～24小时制备得到的。大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶与丙烯酸的比例(糖单元与单体的摩尔比)为1∶20～90；交联剂与丙烯酸的摩尔比为1∶80～1000；引发剂与丙烯酸的摩尔比为1∶100～800。交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或二丙烯酸二乙二醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸二乙二醇酯，引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。一种生物可降解水凝胶的制备步骤是首先制备大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶，具体步骤如下A.称取魔芋精粉，溶于蒸馏水中，室温(15～30℃)搅拌2-5小时，使成均匀溶胶；B.在均匀溶胶中，加入2-4N无机碱水溶液搅拌均匀，使溶胶pH值为9-13，魔芋精粉的浓度为1～5％；C.温度控制在60-100℃，反应时间为1-5小时，冷却静置12-24小时；用蒸馏水浸泡洗涤，使水成中性，将凝胶置于-15～-25℃冷冻槽中冷冻2～6小时，室温融化2～8小时，反复冻融1～6次后，冻干得到大孔魔芋凝胶。上述的大孔魔芋凝胶的制备方法，其特征在于无机碱为碳酸钠或氢氧化钠或氢氧化钾。再将大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶溶胀在丙烯酸、交联剂、引发剂的水溶液中4～8小时，40～60℃下聚合反应12～24小时，产物用蒸馏水浸泡、洗涤至水呈中性，冻干或60℃烘干制备得到的。本专利技术与现有技术相比具有以下优点和效果它同时具有魔芋葡甘聚糖的生物降解性和聚丙烯酸的pH响应性，并且具有均匀的大孔结构，较高的机械强度，快速的溶胀性能和灵敏的温度响应。该方法简单有效，反应条件温和，反应介质为水，不采用有机溶剂，可以在反应过程中包埋蛋白质、多肽等生物活性大分子，并保持了活性。魔芋葡甘聚糖来自价廉易得的农产品，本专利技术也为农副产品的综合利用提供了一条有效途径。本专利技术的生物可降解pH响应互穿聚合物网络水凝胶包埋或吸附药物后可用作药物结肠定位控制释放载体，作为吸水树脂，还可应用于生物化学、医学、农业、日用化工等领域。具体实施例方式本专利技术是由魔芋葡甘聚糖水溶液在碱作用下加热凝胶化，再经过冻融处理得到大孔魔芋凝胶，再将大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶溶胀在丙烯酸、交联剂、引发剂的水溶液中，40～60℃，聚合12～24小时得到的。具体实施方法举例如下实施例1大孔魔芋凝胶，其组成为魔芋精粉1.5g、蒸馏水100mL，氢氧化钠调pH值为13。实施例2大孔魔芋凝胶，其组成为魔芋精粉2.5g、蒸馏水100mL，碳酸钠调pH值为11。实施例3大孔魔芋凝胶，其组成为魔芋精粉3.5g、蒸馏水100mL，碳酸钠调pH值为9。实施例4大孔魔芋凝胶，其组成为魔芋精粉2g、蒸馏水100mL，氢氧化钾调pH值为12。上述实施例1-4的制备方法为称取1.5～3.5g魔芋精粉，溶于80～100mL蒸馏水中室温搅拌2～5小时，使成均匀溶胶，加入3N无机碱溶液搅拌均匀，使魔芋葡甘聚糖水溶胶pH值为13或11或9或12，于70℃反应3小时后自然冷却静置24小时。用蒸馏水浸泡，多次换水，使水呈中性。将凝胶置于-15℃冷冻槽中冷冻4小时，室温解冻4小时，反复冻融3次后冻干得到大孔魔芋凝胶。实施例5生物可降解pH响应水凝胶，其组成为大孔魔芋葡甘聚糖凝胶1.62g、丙烯酸28mL、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.156g、过硫酸铵0.228g，蒸馏水22mL。实施例6生物可降解pH响应水凝胶，其组成为大孔魔芋葡甘聚糖凝胶1.62g、丙烯酸21mL、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.05g、过硫酸铵0.684g，蒸馏水18mL。实施例7生物可降解pH响应水凝胶，其组成为大孔魔芋葡甘聚糖凝胶1.62g、丙烯酸28mL、二甲基丙烯酸乙二醇酯0.2g、过硫酸钾0.27g，蒸馏水25mL。上述实施例5-7的制备方法为将丙烯酸、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯、过硫酸铵或过硫酸钾溶解在水中，然后将大孔魔芋凝胶浸泡在混合溶液中4～8小时，40～60℃反应12～24小时。产物用蒸馏水浸泡、洗涤至水呈中性，冻干。实施例8包载药物的生物可降解pH响应水凝胶的制备将1.62g大孔魔芋葡甘聚糖凝胶浸泡在50mL含有28mL丙烯酸、0.156gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺、0.228g过硫酸铵和1.5g 5-氟尿嘧啶的水溶液中4～8小时，40℃反应16小时。产物用蒸馏水浸泡、洗涤至水呈中性，冻干。实施例9含药的生物可降解pH响应水凝胶的制备将冻干得到的丙烯酸和魔芋葡甘聚糖互穿聚合物网络1.62g，浸泡在150mL 2.5％的5-氟尿嘧啶水溶液中，室温静置48小时，取出凝胶，表面用少量蒸馏水洗涤后30℃下减压干燥。权利要求1.一种生物可降解水凝胶，它是由下列摩尔比例原料制成大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶的糖单元与丙烯酸的比例为1∶20～90；交联剂与丙烯酸的比例为1∶80～1000；引发剂与丙烯酸的比例为1∶100～800。2.根据权利要求1所述的一种生物可降解水凝胶，其特征是交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或二丙烯酸二乙二醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物可降解水凝胶，它是由下列摩尔比例原料制成：大孔魔芋葡甘聚糖水凝胶的糖单元与丙烯酸的比例为１∶２０～９０；交联剂与丙烯酸的比例为１∶８０～１０００；引发剂与丙烯酸的比例为１∶１００～８００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芝兰，胡菡，卓仁禧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]