一种水溶性壳聚糖复合水凝胶及其制备方法与应用技术

一种水溶性壳聚糖复合水凝胶及其制备方法与应用，该水凝胶是由甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和改性聚乙二醇交联得到，改性聚乙二醇为醛基改性的聚乙二醇、琥珀酰亚胺改性的聚乙二醇中的至少一种。该水凝胶为双重交联可注射壳聚糖

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性壳聚糖复合水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶领域，具体涉及一种水溶性壳聚糖复合水凝胶及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]针对年龄的增长及其他原因造成的椎间盘纤维环、髓核退化进而压迫神经导致腰部疼痛等问题，临床上通常是采取椎间盘部分或全部切除的方法来进行治疗。由于椎间盘部位缺少血液供应，手术摘取椎间盘髓核后其会恢复能力极差，因此亟待开发一种椎间盘退化治疗的材料。水凝胶是一类含有大量水的三维网络结构的交联聚合物，其力学强度与生物组织较为相似，同时能够为细胞提供模拟生理环境的代谢场所，使其在细胞培养、药物递送和组织再生工程中具有重要的应用。
[0003]然而，现有的可注射壳聚糖基水凝胶力学性能差。

技术实现思路

[0004]根据第一方面，在一实施例中，提供一种水溶性壳聚糖复合水凝胶，所述水凝胶是由甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和改性聚乙二醇交联得到，所述改性聚乙二醇为醛基改性的聚乙二醇、琥珀酰亚胺改性的聚乙二醇中的至少一种。
[0005]根据第二方面，在一实施例中，提供第一方面任意一项所述水溶性壳聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：将甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和醛基或琥珀酰亚胺改性的聚乙二醇混合，反应得到所述水溶性壳聚糖复合水凝胶。
[0006]根据第三方面，在一实施例中，提供一种原位组织再生水凝胶，包含第一方面任意一项的水溶性壳聚糖复合水凝胶。
[0007]根据第四方面，在一实施例中，提供第一方面任意一项所述水溶性壳聚糖复合水凝胶在制备椎间盘摘除手术髓核填充水凝胶中的应用。
[0008]依据上述实施例的一种水溶性壳聚糖复合水凝胶及其制备方法与应用，采用甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和改性聚乙二醇交联得到的水凝胶具有优异的抗压缩性能。
[0009]在一实施例中，该水凝胶为双重交联可注射壳聚糖
‑
聚乙二醇水凝胶，具体为光交联协同席夫碱或酰胺键交联的水凝胶，相比两种单独交联方式得到的水凝胶具有更好的抗压缩性能。
附图说明
[0010]图1是席夫碱成胶所需时间和实施例3提出的双重交联策略成胶所需时间对比图。
[0011]图2是水凝胶交联效果和水凝胶可注射性的验证，其中左图是不同双键接枝率的改性壳聚糖光交联成胶效果；右图是改性壳聚糖和聚乙二醇水凝胶可注射性的验证。
[0012]图3是不同双键接枝率的改性壳聚糖与聚乙二醇在不同凝胶方式作用下的压缩模量统计结果。
[0013]图4是不同双键接枝率的改性壳聚糖与聚乙二醇在不同凝胶方式作用下的电镜形貌图。
[0014]图5是不同凝胶方式的水凝胶对髓核细胞的毒性测试结果。
[0015]图6是的双重交联水凝胶对髓核细胞三维培养的实验结果。
[0016]图7是对大鼠尾椎椎间盘修复的计算机断层扫描的表征结果。
[0017]图8是对大鼠尾椎椎间盘修复的核磁共振成像的表征结果。
具体实施方式
[0018]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0019]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0020]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。
[0021]本文中，“溶解质量分数”是指溶质的质量占溶液质量的百分比。
[0022]本文中，席夫碱(英文名：Schiff base)，也称希夫氏碱、西佛碱。席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特性基团(－RC＝N－)的一类有机化合物，通常席夫碱是由胺和活性羰基缩合而成。
[0023]壳聚糖是自然界中唯一带正电荷的阳离子聚多糖，与细胞外基质主要成分之一的透明质酸分子结构类似，均是由糖苷键连接而成的线性氨基葡萄糖分子结构，以此为基质的水凝胶材料具有较好的生物活性。壳聚糖在生理条件下难以直接利用，因此制备水溶性壳聚糖水凝胶具有重要意义。甲基丙烯酸酐修饰的壳聚糖具有一定的水溶性，在引发剂存在的条件下可交联形成水凝胶。
[0024]改性聚乙二醇具有良好的化学反应活性，通常利用不同分子量的改性聚乙二醇作为高分子水凝胶的交联网络，以提升水凝胶的力学性能。此外聚乙二醇在体内外均有良好的生物安全性，是一种较好的合成高分子基材料，并且在生物医用水凝胶中有广泛地应用。醛基或琥珀酰亚胺基改性的聚乙二醇有较好的水溶性，能够与水溶性壳聚糖中的氨基发生席夫碱或酰胺键反应，为构建可注射壳聚糖水凝胶提供了可能。
[0025]针对可注射壳聚糖基水凝胶力学性能差、凝胶时间较长等问题，在一实施例中，本专利技术提出一种双重交联策略来改善上述问题，同时发现该水凝胶对髓核细胞具有良好的生物活性，在大鼠尾部椎间盘退化实验中证明，该复合水凝胶可以有效阻止椎间盘退化，能够较好地维持椎间盘中髓核的形态与结构，为临床开发椎间盘退化治疗水凝胶材料提供理论
基础知识。
[0026]根据第一方面，在一实施例中，提供一种水溶性壳聚糖复合水凝胶，该水凝胶是由甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和改性聚乙二醇交联得到，改性聚乙二醇为醛基改性的聚乙二醇、琥珀酰亚胺改性的聚乙二醇中的至少一种。该水凝胶为双重交联可注射壳聚糖
‑
聚乙二醇水凝胶，具体为光交联协同席夫碱或酰胺键交联的水凝胶，相比两种单独交联方式得到的水凝胶具有更好的抗压缩性能。
[0027]在一实施例中，壳聚糖的分子量为10～100kDa，脱乙酰度大于95％。壳聚糖的分子量不受限制，包括但不限于10kDa、20kDa、30kDa、40kDa、50kDa、60kDa、70kDa、80kDa、90kDa、100kDa。
[0028]在一实施例中，壳聚糖的双键接枝率为10～30％(ChiMA1，10％、ChiMA2，20％、Chi MA3，30％)。
[0029]在一实施例中，壳聚糖的溶解质量分数为1wt％～3wt％。此为壳聚糖在用于制备甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖的溶液中的质量分数。
[0030]在一实施例中，制备式I所示的甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖的反应式如下：
[0031][0032]在一实施例中，席夫碱交联水凝胶的凝胶时间与改性聚乙二醇分子量、含量、种类相关。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性壳聚糖复合水凝胶，其特征在于，所述水溶性壳聚糖复合水凝胶是由甲基丙烯酸酐改性的壳聚糖和改性聚乙二醇交联得到，所述改性聚乙二醇为醛基改性的聚乙二醇、琥珀酰亚胺改性的聚乙二醇中的至少一种。2.如权利要求1所述的水溶性壳聚糖复合水凝胶，其特征在于，所述壳聚糖的分子量为10～100kDa，脱乙酰度大于95％；优选地，所述壳聚糖的双键接枝率为10～30％；优选地，所述壳聚糖的溶解质量分数为1wt％～3wt％。3.如权利要求1所述的水溶性壳聚糖复合水凝胶，其特征在于，改性聚乙二醇的分子式为式II～IV中的至少一种：式II～IV中，n为12～110的自然数，优选为12～100的自然数，更优选为12～80的自然数，更优选为12～70的自然数，更优选为12～60的自然数，更优选为12～50的自然数，更优选为12～44的自然数。4.如权利要求1所述的水溶性壳聚糖复合水凝胶，其特征在于，改性聚乙二醇的分子式为式V～VII中的至少一种：
式V～VII中，n为12～110的自然数，优选为12～100的自然数，更优选为12～80的自然数，更优选为12～70的自然数，更优选为12～60的自然数，更优选为12～50的自然数。5.如权利要求1所述的水溶性壳聚糖复合水凝胶，其特征在于，所述水溶性壳聚糖复合水凝胶的凝胶时间为5～60秒，优选为5～50秒，更优选为5～40秒，更优选为5～20秒；优选地，所述水溶性壳聚糖复合水凝胶的压缩模量为0.1kPa～100kPa，优选为10kPa～100kPa，更优...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德成，黄林，王挽涛，刘洪梅，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：