一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物水凝胶及其制备方法。本发明专利技术的制备方法极大地提高了海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物溶液的浓度，增加可发生反应的离子对数量，从而提高水凝胶的力学强度，并且实现水凝胶制备过程的可控化操作，可以根据实际需要通过设计模具形状来制备不同形状的水凝胶。本发明专利技术的制备方法反应条件温和，不需要交联剂、光引发剂等化学物质，所制得的藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物水凝胶力学强度可达1.8MPa，具有良好的应用前景。

A sodium alginate-chitosan ionic complex hydrogel and its preparation method

The invention discloses a sodium alginate chitosan ion complex hydrogel and a preparation method thereof. The preparation method of the invention greatly improves the concentration of sodium alginate chitosan ion complex solution, increases the number of ion pairs that can react, thereby improving the mechanical strength of the hydrogel, and realizes the controllable operation of the preparation process of the hydrogel. The hydrogels of different shapes can be prepared according to the actual needs by designing the shape of the die. The preparation method of the invention has mild reaction conditions, does not need crosslinking agent, photoinitiator and other chemical substances, and the hydrogel mechanical strength of the prepared sodium alginate chitosan ion complex can reach 1.8 MPa, which has good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料
，特别涉及一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶及其制备方法。
技术介绍
海藻酸钠是从褐藻中提取的、由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸组成的聚阴离子多糖钠盐，具有良好的生物相容性、润滑性和无免疫原性。海藻酸钠分子链上的羧基可以与阳离子或聚阳离子高分子链相互作用形成离子交联制备水凝胶。水凝胶是一种由高分子相互交联形成的三维交联网络结构，由于大分子链上亲水基团的存在，使水凝胶中含有大量的水分，与具有粘弹性的软骨组织较为相似，因此被用作软骨组织修复的支架材料。根据构成水凝胶三维网络的交联方式可以把水凝胶分为化学交联与物理交联，其中物理交联包括氢键、静电相互作用、疏水作用等，与化学交联方法制备的水凝胶相比，没有化学交联剂、光引发剂等可能对细胞产生毒性的化学物质，因此物理交联方法构建的三维网络生物相容性相对较好。利用海藻酸钠分子链上的羧酸根与钙离子之间的螯合作用构建海藻酸钠-钙离子交联水凝胶由于其凝胶化速度快、润滑性好且生物相容性较好，被广泛用于软骨修复水凝胶的研究，但是这种方法制备的水凝胶由于钙离子在体内容易被其它离子取代，从而导致水凝胶在体内无法稳定存在，而且这种方法制备的水凝胶通常力学强度较低，无法与软骨组织本身的力学强度相匹配，从而影响软骨组织修复进程。因此，如何解决海藻酸钠-钙离子交联水凝胶制备过程中的诸多问题，避免使用交联剂而获得力学强度较高的水凝胶，成为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法。壳聚糖是由甲壳素分子经过脱乙酰化而得的大分子，在结构上与软骨组织细胞外基质多糖大分子相似，不能溶于水中，但在酸性条件下发生溶解，分子链上的氨基转变为铵根离子。利用壳聚糖不溶于水但溶于酸溶液的特点，将壳聚糖粉末均匀分散在海藻酸钠溶液中制备海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液，然后将这种溶液注入模具浸泡在酸性溶液中，随着壳聚糖分子链上铵根离子的产生并与海藻酸钠分子链上的羧酸根离子发生离子交联从而形成具有三维网络结构的水凝胶。此方法反应条件温和、操作简单且不需要交联剂，所得水凝胶力学强度较高，有望解决海藻酸钠-钙离子交联水凝胶制备过程中的诸多问题。本专利技术的另一目的在于提供通过所述方法制备得到的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的制备：在海藻酸钠溶液中加入壳聚糖，搅拌至壳聚糖均匀分散在海藻酸钠溶液中，得到所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液；(2)海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备：将步骤(1)制得的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液注入模具中，浸泡在酸性溶液中，使海藻酸钠和壳聚糖充分交联，即得所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶。步骤(1)中所述的海藻酸钠和壳聚糖优选按质量比1:0.5～1:1.5配比；进一步优选按质量比4:5～6:5配比。步骤(1)中所述的搅拌的时间优选为1～40h。步骤(1)所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的浓度优选为4％～25％(w/v)；进一步优选为7.5％～20％(w/v)。步骤(1)中所述的海藻酸钠和壳聚糖的形态优选为粉末。步骤(1)中所述的海藻酸钠溶液优选为海藻酸钠水溶液。步骤(1)中所述的壳聚糖优选为脱乙酰度≥95％的壳聚糖。步骤(1)所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的制备优选在室温条件下进行；所述的室温指25～32℃。步骤(1)中所述的水优选为去离子水、纯净水、蒸馏水或超纯水。步骤(2)中所述的酸性溶液优选为盐酸溶液、柠檬酸溶液或醋酸溶液。步骤(2)中所述的酸性溶液的摩尔浓度优选为0.2～4mol/L，进一步优选为0.5～2mol/L。步骤(2)所述的海藻酸钠和壳聚糖充分交联具体为海藻酸钠上的羧基与壳聚糖上的铵根离子交联形成离子键。步骤(2)中所述的浸泡的时间优选为2～72h。所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法的步骤还可以包括：将步骤(2)得到所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶浸泡在水中，以除去水凝胶网络中过量酸性溶液的后处理步骤。所述的水优选为去离子水、纯净水、蒸馏水或超纯水。一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶，通过上述方法制备得到。所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶优选为压缩模量为0.08～2MPa的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶。本专利技术的原理为：壳聚糖由于分子链之间的氢键相互作用，不溶于水中，但是在酸性溶液中，分子链上氨基转变为铵根离子。将壳聚糖粉末均匀分散在海藻酸钠溶液中，由于壳聚糖在水中不溶解，海藻酸钠无法与壳聚糖发生反应，将海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液浸泡到酸性溶液中之后，由于聚离子复合物溶液与酸性溶液之间存在H+浓度差，酸性溶液迅速渗透到聚离子复合物溶液中，促使壳聚糖上的氨基转变为铵根离子，进而与海藻酸钠分子链上的羧酸根离子发生反应，形成三维交联网络，从而制得水凝胶。海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液浓度越高，相互作用的离子对越多，所得水凝胶交联网络密度越大，水凝胶力学强度越高。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)壳聚糖起初是分散在海藻酸钠溶液中的，由于壳聚糖在水中不溶，无法与壳聚糖发生离子交联，极大地提高了海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的浓度，进而增加可发生反应的离子对数量，有助于提高水凝胶的力学强度。(2)壳聚糖分散于海藻酸钠溶液中，浸泡在酸性溶液中之后在酸性溶液渗透过程中制备水凝胶，已发生交联的三维网络对后面的交联过程影响不大，因此可以根据实际需要通过设计模具形状来制备不同形状的水凝胶，而不仅仅是是水凝胶薄膜。(3)通过先制备海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液，然后制备海藻酸钠-壳聚糖水凝胶的方法，可以实现水凝胶制备过程的可控化操作，且通过对制备水凝胶模具的调节可以制得所需任意形状的水凝胶，即水凝胶外观尺寸的可控化。(4)通过壳聚糖在酸性溶液中产生的铵根离子与海藻酸钠分子链上的羧酸根离子之间的离子交联制备水凝胶，反应条件温和，不需要交联剂、光引发剂等化学物质。(5)通过控制酸性溶液浓度，可以控制制备水凝胶的凝胶化速度及水凝胶力学强度，一定浓度范围内，浓度越高，所得水凝胶力学强度越高。附图说明图1是不同质量浓度聚离子复合物溶液所制得的水凝胶应力应变曲线图。图2是不同质量浓度聚离子复合物溶液所制得的水凝胶压缩模量分析图。图3是不同摩尔浓度盐酸中所制得的水凝胶应力应变曲线图。图4是不同摩尔浓度盐酸中所制得的水凝胶压缩模量分析图。图5是实施例6制得的海藻酸钠-壳聚糖水凝胶体外降解实验中压缩模量变化分析图。图6是实施例9制得的柱状海藻酸钠-壳聚糖水凝胶的照片图。图7是对比实施例1制得的海藻酸钠-壳聚糖水凝胶薄膜的照片图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1取2.5g海藻酸钠粉末(阿拉丁，S100126)加入到50mL去离子水中，常温下用磁力搅拌器充分搅拌2h得质量体积百分比浓度为5％(w/v)的海藻酸钠溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物溶液的制备：在海藻酸钠溶液中加入壳聚糖，搅拌至壳聚糖均匀分散在海藻酸钠溶液中，得到所述的海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物溶液；(2)海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备：将步骤(1)制得的海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物溶液注入模具中，浸泡在酸性溶液中，使海藻酸钠和壳聚糖充分交联，即得所述的海藻酸钠‑壳聚糖聚离子复合物水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的制备：在海藻酸钠溶液中加入壳聚糖，搅拌至壳聚糖均匀分散在海藻酸钠溶液中，得到所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液；(2)海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备：将步骤(1)制得的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液注入模具中，浸泡在酸性溶液中，使海藻酸钠和壳聚糖充分交联，即得所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶。2.根据权利要求1所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的海藻酸钠和壳聚糖按质量比1:0.5～1:1.5配比。3.根据权利要求1所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物溶液的浓度为4％～25％(w/v)。4.根据权利要求1所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的搅拌的时间为1～40h。5.根据权利要求1所述的海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓东，刘琼琼，郑秋坚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44