温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶及其制备方法。本发明专利技术选择将含有赖氨酸残基的天然胶原蛋白与侧链带有氨基的PG1‑co‑PAEMA共聚物在水溶液中共混，选择戊二醛作为交联剂制备了一种基于动态键联的温度刺激响应型胶原蛋白/PG1‑co‑PAEMA互穿网络凝胶。在赋予胶原蛋白温敏特性的同时，借助于胶原蛋白的刚性网络对PG1‑co‑PAEMA共聚物网络起到增强作用，两者实现优势互补。当成胶温度低于溶液的冰点（‑22℃），IPN流变力学强度介于两个单网络之间；当成胶温度高于相变温度以上（37℃），IPN的流变力学强度高于两个单网络。IPN水凝胶的流变力学性能、温敏体积收缩性能、微观孔洞等可以通过改变成胶温度进行调控，这也为其在组织修复、药物控释等生物领域的应用开辟了道路。

Temperature responsive collagen type interpenetrating polymer network gel and its preparation method

The invention relates to a temperature stimulus responsive collagen interpenetrating network gel and a preparation method thereof. The invention selects natural collagen containing lysine residue to blend with PG1 co_PAEMA copolymer with amino group in aqueous solution, and selects glutaraldehyde as crosslinking agent to prepare a temperature-responsive collagen/PG1 co_PAEMA interpenetrating network gel based on dynamic bonding. At the same time, the rigid network of collagen enhances the network of PG1_co_PAEMA copolymer, and the advantages of both are complementary. When the gel temperature is lower than the freezing point of the solution (), the rheological mechanical strength of IPN is between two single networks; when the gel temperature is higher than the phase transition temperature (37), the rheological mechanical strength of IPN is higher than two single networks The rheological and mechanical properties of IPN hydrogels, temperature-sensitive volume shrinkage and micro-porosity can be controlled by changing the gelation temperature, which opens up a new way for the application of IPN hydrogels in tissue repair, drug controlled release and other biological fields.

【技术实现步骤摘要】
温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶及其制备方法。
技术介绍
胶原蛋白（Collagen）是人体含量特别丰富的一种蛋白质多肽，其种类超过28种，约占蛋白质总量的25%，广泛存在于皮肤、骨骼、韧带及细胞外基质中，为各种生物组织提供结构稳定性。胶原蛋白的重复结构单元为Gly-X-Y，X通常指脯氨酸，Y通常指羟脯氨酸。每条多肽链采取的构象为PPⅡ左手螺旋，然后与另外两条多肽链相互紧密缠绕形成右手超螺旋结构（简称三螺旋结构）。三螺旋结构是通过范德华力、氢键相互作用得以稳定，并且可以继续组装为纳米纤维、微纤维、纤维等。最典型的重复序列单元是由Pro-Hyp-Gly(脯氨酸-羟脯氨酸-甘氨酸)组成，其结构如下所示。近年来，关于温度刺激响应型互穿网络凝胶的制备受到了广泛的关注。EcaterinaStelaDragan(EcaterinaStelaDragan,AnaIrinaCocarta,ACSAppl.Mater.Interfaces.,2016,8,12018-12030.)制备了一种具有大孔洞且迅速响应的互穿网络凝胶,其中第一层网络由N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联的聚（N，N-二甲氨基乙酯）网络构成，第二层网络由N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联的聚（丙烯酰胺）网络构成。并且研究了N,N-二甲氨基乙酯单体浓度、pH值、离子浓度等因素对单双网络凝胶EWC、WUeq、相变温度以及双氯芬酸钠释放的影响。前期关于温度刺激响应型胶原蛋白凝胶的工作大都基于模拟肽胶原蛋白凝胶（CMPs）展开，CMPs具有以下特点：⑴尺寸比较小，通常包括15-40个氨基酸残基，长度大约为10nm；⑵具有特定的Gly-X-Y序列，氨基酸种类及数量一定；⑶三螺旋结构可以随着温度变化发生可逆的解螺旋。StahlPJ（StahlPJ,RomanoNH,WirtzD,YuSM,Biomacromolecules,2010,11,2336-44.）通过将NHS封端的4-臂星形PEG与末端为单活性胺与二活性胺的CMPs连接到一起，制备了PEG-CMP三维水凝胶。由于CMPs具有可逆的解螺旋行为，当温度升高到解螺旋温度以上，CMPs的三螺旋就会解开，当温度降低到解螺旋温度以下，不同链之间又会形成新的三螺旋结构，因此不同的链之间会由于物理交联而形成水凝胶。目前关于温度刺激响应型天然胶原蛋白凝胶的报道比较少。天然胶原蛋白与CMPs相比具有良好的生物相容性、可降解性及细胞黏附性，但是天然胶原蛋白同时存在分子量较大、氨基酸种类及含量不确定，分子间氢键作用较强，溶解性较差，三螺旋结构随着温度变化不具有可逆性等缺陷。因此利用传统改性CMPs的方式很难实现温度刺激响应型天然胶原蛋白凝胶的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于克服现有技术中存在的问题提供一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶。本专利技术的目的之二在于提供该凝胶的制备方法。为达到上述目的，本专利技术利用天然胶原蛋白制备温度刺激响应型胶原蛋白凝胶的缺陷，拓展其在新型生物材料、医学及药物缓释等方面的应用，本专利技术通过将主链为刚性链的天然胶原蛋白与温敏聚合物PG1-co-PAEMA混合到一起，加入两端带有醛基的交联剂对两组分进行交联制备了一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶。根据上述机理，本专利技术采用下述技术方案：一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶，其特征在于该互穿网络凝胶是将含有赖氨酸残基的天然胶原蛋白与侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物在水溶液中共混，戊二醛作为交联剂通过具有动态键联的西弗碱反应制备而成，其中侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物的共聚比为n[G1]:n[AEMA]=（4～10）：1,胶原蛋白固含量为1～8mg/mL，侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物的固含量为1～15%；所述的胶原蛋白和戊二醛的摩尔比分别为：n(-NH2)：n(-CHO)=1：（1～9）；所述的侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物和戊二醛的摩尔比为：n(-NH2)：n(-CHO)=1：（1～3）。上述的侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物为：其中m:n=5～10,y=1～6，X=EtO-或X=MeO-中的任意一种。一种制备上述的温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将烷氧醚单体G1(Et)、2-氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐AEMA和偶氮二异丁氰AIBN按单体投料比n[G1（Et）]:n[AEMA]=（4～10）:1，AIBN投料质量为单体质量0.3%～0.5%的比例溶于二甲亚砜中，然后在惰性气氛下，回流反应2～3小时；聚合完成后聚合产物在去离子水中透析3～4天，最后将聚合物水溶液置于液氮中，在室温条件下进行冷冻干燥，得到PG1(ET)-co-PAEMA；b.在冰浴条件下，将冷冻干燥的胶原蛋白海绵、PG1(ET)6.3-co-PAEMA1共聚物和戊二醛溶于PBS缓冲液中，然后分别放置在-22℃、37℃条件下成胶48小时；随后将水凝胶用去离子水清洗，以除去残留的戊二醛及磷酸盐，即得到温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶。制备侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物的反应式为：其中m:n=5～10,y=1～6，X=EtO-或X=MeO-中的任意一种；通过两组分简单的混合，在赋予胶原蛋白温敏特性的同时，借助于胶原蛋白的刚性网络对PG1-co-PAEMA共聚物网络起到增强作用，两者实现优势互补。当成胶温度低于溶液的冰点-22℃条件下制备的胶原蛋白/PG1(ET)-co-PAEMA互穿网络凝胶流变力学强度介于两个单网络之间；37℃条件下制备的胶原蛋白/PG1(ET)-co-PAEMA互穿网络凝胶流变力学强度大于两个单网络。⑵凝胶在25-35℃范围内溶胀率变化比较明显，且-22℃条件下形成的互穿网络凝胶比37℃条件下形成的互穿网络凝胶具有更大的体积收缩。⑶37℃条件下形成的互穿网络凝胶孔洞大约为10um，-22℃条件下形成的互穿网络凝胶孔洞大约为20um。该互穿网络水凝胶的流变力学性能、温敏体积收缩性能、微观孔洞等可以通过改变成胶温度进行调控，这一专利技术也为其在组织修复、药物控释等生物领域的应用开辟了道路。附图说明图1为本专利技术实施例一PG1-co-PAEMA聚合物的核磁氢谱；图2为本专利技术实施例一AEMA-Sanger标准曲线和PG1-co-PAEMA-Sanger曲线；图3为本专利技术实施例二-22℃（a）、37℃(b)成胶温度条件下胶原蛋白单网络凝胶、PG1(ET)-co-PAEMA共聚物单网络凝胶、胶原蛋白/PG1-co-PAEMA共聚物互穿网络凝胶流变力学测试图；图4为本专利技术实施例三不同成胶温度胶原蛋白/PG1-co-PAEMA互穿网络凝胶溶胀率测试图；图5为本专利技术实施例三-22℃（a）、37℃(b)成胶温度条件下胶原蛋白/PG1-co-PAEMA互穿网络凝胶SEM图。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术作进一步阐述，但这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术阐述的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶，其特征在于该互穿网络凝胶是将含有赖氨酸残基的天然胶原蛋白与侧链带有氨基的PG1‑co‑PAEMA共聚物在水溶液中共混，戊二醛作为交联剂通过具有动态键联的西弗碱反应制备而成，其中侧链带有氨基的PG1‑co‑PAEMA共聚物的共聚比为n[G1]:n[AEMA]=（4～10）：1,胶原蛋白固含量为1～8 mg/mL，侧链带有氨基的PG1‑co‑PAEMA共聚物的固含量为1～15%；所述的胶原蛋白和戊二醛的摩尔比分别为：n(‑NH2)：n(‑CHO)=1：（1～9）；所述的侧链带有氨基的PG1‑co‑PAEMA共聚物和戊二醛的摩尔比为： n(‑NH2)：n(‑CHO)=1：（1～3）。

【技术特征摘要】
1.一种温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶，其特征在于该互穿网络凝胶是将含有赖氨酸残基的天然胶原蛋白与侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物在水溶液中共混，戊二醛作为交联剂通过具有动态键联的西弗碱反应制备而成，其中侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物的共聚比为n[G1]:n[AEMA]=（4～10）：1,胶原蛋白固含量为1～8mg/mL，侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物的固含量为1～15%；所述的胶原蛋白和戊二醛的摩尔比分别为：n(-NH2)：n(-CHO)=1：（1～9）；所述的侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物和戊二醛的摩尔比为：n(-NH2)：n(-CHO)=1：（1～3）。2.根据权利要求1所述的温度刺激响应型胶原蛋白互穿网络凝胶，其特征在于侧链带有氨基的PG1-co-PAEMA共聚物为:其中m:n=5～10,y=1～6，X=EtO-或...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阿方，张家诚，姚欥，彭宇，方文龙，刘坤，李文，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31