烷氧醚树枝化壳聚糖、其水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种烷氧醚树枝化壳聚糖、其水凝胶材料及其制备方法。该树枝化壳聚糖的结构式为：

Alkoxy ether dendrimer chitosan and its hydrogel material and preparation method thereof

The invention relates to an alkoxy ether dendrimer chitosan, a hydrogel material and a preparation method thereof. The structure of the dendrimer chitosan is:

【技术实现步骤摘要】
烷氧醚树枝化壳聚糖、其水凝胶材料及其制备方法
本专利技术属于生物医用材料领域，也属于智能水凝胶材料领域，涉及一种烷氧醚树枝化壳聚糖、其水凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种具有三维结构的高分子聚合物网络，能在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解。水凝胶具有良好的生物相容性，在药物释放系统、仿生材料、酶的固定化、组织工程等领域有着广阔的应用前景。尤其是环境敏感性水凝胶，能够对外界环境中诸如物理或化学的微小变化做出响应，产生相应的结构或理化性质方面的变化。其中因为温度的改变不仅容易控制而且体内外都适用，温敏性水凝胶受到了广泛研究。材料的热力学可逆性使材料在常温下流动性增强，利于注射，而皮肤温度使材料固化，其定型性和可塑性增强。因此温敏性可注射的水凝胶材料的应用具有显著的优势。目前尽管有不同种类的温敏可注射水凝胶被开发，比如嵌段聚合物PEO-PPO-PEO,又称Pluronics，但存在所需固含量较高，力学强度以及稳定性欠佳等问题。壳聚糖是一种廉价易得的天然高分子，具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒和生物黏附性，这些优良的特性使其广泛的应用于生物医药领域。然而壳聚糖的溶解性相对比较差，仅溶于一定的酸性介质中（如乙酸、柠檬酸等有机酸），不溶于水，不溶于中性和碱性的环境，这使其应用在很大程度上得到了限制。通过对壳聚糖分子单元中存在大量活性的氨基和羟基进行改性得到壳聚糖衍生物，不仅提高了壳聚糖的溶解性，且这些取代基团的引入赋予了壳聚糖新的活性特点和性能。以壳聚糖为基础制备水凝胶，将具有壳聚糖的优异特点，在生物医用材料领域具有重要的价值。此外，水凝胶的一个重要应用是作为医用敷料，一般包括粘胶层、基布和保护层，其通过保护层覆于伤口表面，来阻止伤口的进一步感染。但是，一般的敷料基布层为了保证表面透气和能够活动，往往采用高透气性、低弹性模量、较高伸长量的材料，但这种材料固定性能不佳，当需要对伤处进行一定程度的固定时，则无法满足需要，而医用热塑性聚氨酯树脂薄膜，弹性模量较高，能够对伤处进行良好的固定，但是完全不透气，束缚感过强，使用顺应性不好。一般敷料的不透明性质，不利于伤口愈合情况的观察。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种力学性能优异，具有温敏性，可降解性，不同物理化学性质的烷氧醚树枝化壳聚糖。本专利技术的目的之二在于提供一种具有生物相容性、温敏性、可降解性、自愈合性的可注射透明水凝胶。本专利技术的目的之三在于提供该水凝胶的制备方法。壳聚糖经过处理与化学反应，在其侧基引入温敏树枝化基元，制备烷氧醚树枝化壳聚糖衍生物。通过改变引入烷氧醚树枝化基元的比例，可得到接枝率不同的聚合物。具有高接枝率的烷氧醚树枝化壳聚糖，低温下为流动液体，升高温度溶液粘度增大变为固态凝胶。也可通过低接枝率烷氧醚树枝化壳聚糖，加入交联剂，比如醛基封端聚乙二醇交联，形成凝胶。两种方法形成的凝胶均具有可降解、可代谢、可塑型，以及优良的力学性能，并且均具有可注射性。反应机理如下：为达到上述目的，本专利技术采用的如下技术方案：一种烷氧醚树枝化壳聚糖，其特征在于该树枝化壳聚糖的结构式为：；；X为甲氧基、乙氧基或羟基；n=0～4；x=0～0.5，y=0～0.5，z=0.01～0.5，x+y+z=1。一种温度敏感水凝胶，由上述的烷氧醚树枝化壳聚糖构筑，其特征在于使用不同接枝率的烷氧醚树枝化壳聚糖，通过不同的成胶方式，皆可获得水凝胶，该水凝胶表观上为透明状，具有良好的力学性能，通过改变温度，在25℃-60℃范围内加热，凝胶的力学性能会有所增强，同时其体积有所收缩。一种制备上述的温度敏感水凝胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将壳聚糖（CS）和1-羟基苯并三唑（HOBt）按1:1-1:2的摩尔比溶于水中，搅拌得到澄清的溶液；再加入烷氧醚树枝化苯甲酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，进行缩合反应，反应温度为0℃-50℃；透析冻干得到烷氧醚树枝化壳聚糖；所述的壳聚糖与烷氧醚树枝化苯甲酸的摩尔比为1:0.1-1：2，壳聚糖和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1:1-1:1.5；所述的烷氧醚树枝化苯甲酸的结构式为：；b.将步骤a所得烷氧醚树枝化壳聚糖配成水溶液0.01wt%-10wt%水溶液，在25℃-60℃范围内加热，其中37℃为一个典型温度，即可形成水凝胶凝胶。上述的步骤b替换为：将步骤a所得烷氧醚树枝化壳聚糖配成水溶液，再加入过渡金属的可溶性盐，其中烷氧醚树枝化壳聚糖与过渡金属的可溶性盐的摩尔比为：1:0.1-1:5，搅拌形成水凝胶。上述的过渡金属可溶性盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸铬、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸锌、硫酸铜或醋酸铜。上述的步骤b替换为：将步骤a所得烷氧醚树枝化壳聚糖配成水溶液，再加入交联剂多醛基的化合物，搅拌形成动态键联水凝胶；所述的烷氧醚树枝化壳聚糖和多醛基的化合物的摩尔比为:1:0.1-1:2。上述的多醛基的化合物为：醛基封端聚乙二醇（PEGDA），结构式为：，n的范围为3～50、戊二醛、氧化壳聚糖、氧化海藻酸钠或氧化淀粉。各多醛基化合物的结构式为：上述的水凝胶在创伤敷料、组织工程和药物传递中的应用。对烷氧醚树枝化壳聚糖进行酸碱滴定，可测得修饰后的壳聚糖分子上的残余氨基含量，通过配置不同浓度的修饰后的壳聚糖溶液和醛基封端聚乙二醇的溶液，如PEGDA溶液，改变投料比例，可以制得不同氨基与醛基比例与不同固含量的水凝胶。本专利技术在壳聚糖侧基接枝上具有优异温度敏感行为的烷氧醚树枝化基元，通过壳聚糖与烷氧醚之间投料比的改变制备接枝率不同的壳聚糖衍生物。高接枝率聚合物可以通过直接加热形成凝胶，低接枝率聚合物可以通过加入交联剂，形成水凝胶。该方法工艺简单，反应条件温和，不采用有机溶剂。所得水凝胶成胶浓度低、时间短、透明、无毒、可降解，具有优异的机械强度以及高稳定性，同时具有温度、pH响应性以及自愈合等智能响应行为。本专利技术所得的水凝胶可以作为生物材料，用于创伤敷料、组织工程和药物传递等领域。本专利技术的优点在于：1.其工艺简单，聚合条件温和，成胶时间短。2.所制备的水凝胶固含量低，1wt%固含量的烷氧醚树枝化壳聚糖溶液即可成胶。3.所制备的水凝胶具有温敏性质，低温下为液态，人体温度范围内，迅速变为凝胶，因而具有优异的可注射性质，且形成的凝胶具有较高的稳定性。3.本实验专利技术的水凝胶具有热敏、可降解的优良性质，应用于创伤敷料解决了一般敷料的束缚感过强，不透气或固定性能不佳等问题，其独有的透明性质易于伤口愈合情况的观察。除此而外，加入Ag+离子的水凝胶，具有抗菌性质。4.水凝胶的毒副作用小且可降解，所用交联剂无毒且生物相容，可在组织工程和药物传递领域有着广泛的应用前景。附图说明图1为壳聚糖和烷氧醚树枝化壳聚糖的核磁氢图；图2为烷氧醚树枝化壳聚糖的细胞毒性；图3为不同温度下烷氧醚树枝化壳聚糖1wt%水溶液溶胶-凝胶转变；图4为烷氧醚树枝化壳聚糖水凝胶的流变曲线；图5为不同温度下固含量1wt%烷氧醚树枝化壳聚糖水凝胶的透光度；图6为固含量7.5wt%的水凝胶以及固含量7.5wt%水凝胶的可注射实验；图7为PEGDA和5wt%的水凝胶的红外吸收光谱；图8为5wt%的水凝胶的扫描电镜图；图9为不同[NH2]/[CHO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烷氧醚树枝化壳聚糖，其特征在于该树枝化壳聚糖的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种烷氧醚树枝化壳聚糖，其特征在于该树枝化壳聚糖的结构式为：；；X为甲氧基、乙氧基或羟基；n=0～4；x=0～0.5，y=0～0.5，z=0.01～0.5，x+y+z=1。2.一类温度敏感水凝胶，由根据权利要求1所述的烷氧醚树枝化壳聚糖构筑，其特征在于使用不同接枝率的烷氧醚树枝化壳聚糖，通过不同的成胶方式，皆可获得水凝胶，该水凝胶表观上为透明状，具有良好的力学性能，通过改变温度，在25℃-60℃范围内加热，凝胶的力学性能会有所增强，同时其体积有所收缩。3.一种制备根据权利要求2所述的温度敏感水凝胶的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将壳聚糖（CS）和1-羟基苯并三唑（HOBt）按1:1-1:2的摩尔比溶于水中，搅拌得到澄清的溶液；再加入烷氧醚树枝化苯甲酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，进行缩合反应，反应温度为0℃-50℃；透析冻干得到烷氧醚树枝化壳聚糖；所述的壳聚糖与烷氧醚树枝化苯甲酸的摩尔比为1:0.1-1：2，壳聚糖和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1:1-1:1.5；所述的烷氧醚树枝化苯甲酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文，冯乐天，罗静怡，何芝睿，张宇，张夏聪，张阿方，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31