可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于水凝胶高分子材料领域，具体涉及一种可水解降解的POSS‑PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。该方法包括步骤：1)4‑arm‑PEG‑MAL与POSS‑SH在溶剂中通过Michael加成反应得到POSS‑PEG预聚物；2)将POSS‑PEG预聚物与PEG‑SH溶于弱碱性缓冲液中得到预成胶溶液，将所述预成胶溶液在反应温度下通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS‑PEG杂化水凝胶。本发明专利技术得到的水凝胶成胶速度快、力学强度好、生物相容性好、无毒且能够水解降解，是一种具有发展潜力的组织工程支架材料。 1

Hydrolytic degradable POSS-PEG hybrid hydrogel and its preparation and uses

The invention belongs to the field of hydrogel polymer materials, in particular to a hydrolytic degradable POSS PEG hybrid hydrogel and a preparation method and application thereof. The method consists of steps: 1) 4 arm PEG MAL and POSS SH SH prepolymer by Michael addition in the solvent; 2) a prepolymer solution is obtained from the POSS PEG prepolymer and PEG SH in the weak alkaline buffer solution, and the hydrolysable drop is obtained at the reaction temperature. The solution of POSS PEG hybrid hydrogel. The hydrogel obtained by the invention has fast gelation speed, good mechanical strength, good biocompatibility, nontoxic and hydrolytic degradation. It is a kind of tissue engineering scaffold material with potential for development. One

【技术实现步骤摘要】
可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途
本专利技术属于水凝胶高分子材料领域，具体涉及一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。
技术介绍
聚乙二醇(PEG)水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的聚合物，PEG具有良好的生物相容性、无毒、免疫原性低等特点，可通过肾排出体外，经过美国FDA认可，是非常有吸引力的潜在的组织工程支架和药物运输材料。目前所报道的PEG水凝胶大多是通过Michael加成聚合或自由基引发聚合得到。自由基引发聚合的主要缺点是自由基交联会大大减少封装体内细胞生存能力，并且原位交联的水凝胶在体内的传输也是不灵便的。相比之下，Michael加成聚合避免了使用细胞毒性的自由基和紫外线，而是需要一个亲核的缓冲试剂，如三乙醇胺(TEA)或N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸(HEPES)来促进反应。PEG水凝胶的降解性可以通过引入可水解、酶解或者其他降解方式的分子来实现。而且可以通过(i)改变PEG分子量或者浓度，(ii)形成双网络结构，(iii)引入“无机”或者“有机-无机”增强剂的方法达到可控的机械强度。而有机-无机杂化材料是近年来热门研究的新型高性能材料，受到许多材料、化学研究者的青睐。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种分子水平上的纳米杂化材料，分子尺寸在1～3nm之间，由核心的Si-O-Si键组成的无机骨架和外围的有机取代基组成有机-无机杂化结构，外围的有机取代基赋予了POSS良好的分子设计性。POSS在对聚合物韧性、热性能和力学性能上有很好的改善，同时，POSS无毒无味，具有良好的生物相容性，被认为是新一代生物医用材料。但是，由于POSS的疏水性，目前研究的POSS杂化水凝胶都是在有机溶剂(如甲苯，四氢呋喃(THF)，二甲基亚砜(DMSO)等)或者混合溶剂中(如丙酮与水的混合溶剂)进行成胶，而有机溶剂会降低水凝胶3D包埋的生物细胞的活性，这样大大局限了POSS杂化水凝胶在生物材料上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。本专利技术通过调控巯基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS-SH)在POSS-PEG杂化水凝胶中的质量分数获得性能(孔隙大小、机械强度、溶胀性、降解率)可控的水凝胶。本专利技术得到的水凝胶成胶速度快、力学强度好、生物相容性好、无毒且能够水解降解，是一种具有发展潜力的组织工程支架材料。本专利技术所提供的技术方案如下：一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)4-arm-PEG-MAL与POSS-SH在溶剂中通过Michael加成反应得到POSS-PEG预聚物；2)将POSS-PEG预聚物与交联剂PEG-SH溶于弱碱性缓冲液中得到预成胶溶液，将所述预成胶溶液在反应温度下通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶。上述技术方案通过马来酰亚氨基功能化的四臂聚乙二醇(4-arm-PEG-MAL)、POSS-SH和PEG-二巯基丙酯(PEG-SH)可以合成得到POSS-PEG杂化水凝胶。上述反应过程由如下反应式表示：具体的，POSS-SH与4-arm-PEG-MAL的质量百分比大于零且小于等于4％。优选的，POSS-PEG预聚物残留的功能基-MAL与PEG-SH交联剂功能基-SH的摩尔比例为1:0.9～1.1，更优选的，摩尔比例为1:1。具体的，步骤2)中，所述的反应温度为0～40℃，优选的，为36～38℃，更优选的，为37℃。上述技术方案中，反应温度可以匹配生化培养箱的培养温度。具体的，步骤1)中，在非质子溶剂中进行Michael加成反应。具体的，步骤2)中：缓冲液为TEA。具体的，缓冲液的浓度为3～10mM；成胶时间为5～15min。上述技术方案提供了Michael加成聚合所需要的亲核的缓冲试剂，避免了使用细胞毒性的自由基和紫外线，与细胞培养和细胞封装的溶液环境匹配。更优选的，将4-arm-PEG-MAL与不同质量分数的POSS-SH在四氢呋喃中通过Michael加成反应得到POSS-PEG预聚物，旋蒸除去四氢呋喃。将POSS-PEG预聚物与PEG-SH交联剂溶于低浓度三乙醇胺(TEA)缓冲液(pH＝7.4)制成预成胶溶液，预成胶溶液转移至模具中放入37℃生化培养箱反应，通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶。POSS-PEG预聚物功能基MAL与PEG-SH交联剂功能基-SH的摩尔比例为1:1，POSS-SH的质量分数为0～4％，TEA缓冲液浓度为3～10mM，成胶时间为5～15min。上述技术方案与细胞培养和细胞封装可以很好的匹配，可以实现制备POSS-PEG的同时进行细胞封装。上述技术方案中：4-arm-PEG-MAL为市售产品，优选的，选择平均分子量为5～20KDa的4-arm-PEG-MAL商品；POSS-SH为市售产品，商品名为PSS-(3-巯基)丙基-七异丁基取代，CAS：480438-85-5；PEG-SH可通过文献[JournalofControlledRelease,2007,122,287-296]所提供的制备方法制备得到。在本专利中，优选的，PEG-SH平均分子量为2～8KDa。本专利技术还提供了上述技术方案制备得到的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法制备得到的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶。本专利技术所提供的POSS-PEG杂化水凝胶通过将POSS纳米粒子(POSS-SH)接枝到四枝状长链亲水性PEG(4-arm-PEG-MAL)制备成两亲的POSS-PEG预聚物，以两端是巯基的可水解降解的PEG-SH为交联剂，通过Michael加成交联，只需在低浓度TEA缓冲液中就可快速制备可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶，避免了成胶过程中对细胞有害的自由基、紫外线和有机溶剂的使用，提高POSS-PEG杂化水凝胶3D封装细胞的生存能力。本专利技术还提供了可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的作为组织工程支架材料的应用，用于再生医学。优选的，用于在细胞培养液中封装细胞。具体为：在细胞培养液中进行POSS-PEG预聚物与交联剂PEG-SH的Michael加成交联聚合，在得到可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的同时进行细胞封装。本专利技术所提供的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的孔隙大小、机械强度、溶胀性、降解率可以通过改变杂化水凝胶中的POSS的质量分数进行精细调控，在3D细胞培养中快速成胶，使封装细胞的分布均匀，其生物相容性好、无毒且具有水解性。附图说明图1为POSS-PEG预聚物在水中的透射电镜图。图2为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶形貌图。图3为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶扫描电镜图。图4为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶红外光谱图。图5为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶储能模量的振荡应力扫描图及动态频率扫描图谱。图6为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶溶胀曲线图。图7为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶降解率图。图8为可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶体外细胞培养活死细胞染色图及对应的CCK细胞活力测定图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可水解降解的POSS‑PEG杂化水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)4-arm-PEG-MAL与POSS-SH在溶剂中通过Michael加成反应得到POSS-PEG预聚物；2)将POSS-PEG预聚物与PEG-SH溶于弱碱性缓冲液中得到预成胶溶液，将所述预成胶溶液在反应温度下通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶。2.根据权利要求1所述的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：POSS-SH与4-arm-PEG-MAL在溶剂中的质量百分比大于零且小于等于4％。3.根据权利要求2所述的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：POSS-PEG预聚物残留的功能基-MAL与PEG-SH的功能基-SH的摩尔比例为1:0.9～1.1。4.根据权利要求1所述的可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢翠芬，李鹤玲，沈金瑞，陈祖兴，杨桂春，聂俊琦，王飞翼，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42