一种高反应活性水凝胶颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高反应活性水凝胶颗粒及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种高反应活性水凝胶颗粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶颗粒
，尤其涉及一种高反应活性水凝胶颗粒及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]颗粒凝胶是一种多功能材料，具有广泛的应用前景
。
其特性包括可注射性
、
自愈合和模块化，使其在医学领域中具有重要的应用潜力
。
首先，颗粒凝胶的可注射性使其成为细胞递送和药物输送的理想载体
。
通过注射器进行精确定位和输送，可以将颗粒凝胶精确地送达到目标位置，实现有效的治疗和递送
。
其次，颗粒凝胶具有自愈合能力，能够自行修复裂纹或断裂
。
这种特性增加了凝胶的稳定性和使用寿命，减少了材料的损坏和失效风险
。
此外，颗粒凝胶还具有模块化的特点，可以根据需要进行定制和组合
。
这使得凝胶的组成单元可以根据具体应用的需求进行灵活调整，满足细胞递送
、
组织工程
、
生物打印等领域的个性化要求
。
为了进一步提高颗粒凝胶的应用性能，对水凝胶颗粒进行表面改性至关重要
。
通过引入特定的生物活性分子或表面修饰剂，可以增加凝胶与细胞或组织的相互作用能力，提高生物相容性和生物黏附性
。
此外，定制化的机械性能也是关键
。
不同类型的组织和细胞对材料的要求各不相同，因此需要调整凝胶颗粒的组成和交联程度等因素，以实现刚度
、
>弹性和可变形性的定制化，以满足不同类型组织细胞的培养和生长需求
。
因此，开发高反应活性的水凝胶颗粒的大规模制备方法具有重要现实意义
。
这种方法能够方便地进行表面改性和相互交联，满足了生物医学领域对于新材料载体个性化需求的前沿要求
。
随着对颗粒凝胶性能的深入理解和不断创新，这种材料将为细胞递送
、
组织工程和生物打印等领域带来更多创新应用
。
[0003]传统的活性水凝胶颗粒改性的方法包括：微液滴自组装法
、
层层化学组装法
、
化学接枝法等等
。
这些方法虽然可控性强，得到的水凝胶颗粒单分散性好，但是通量低，无法大规模生产，此外，由于需要使用表面活性剂和油相分散相等，纯化步骤繁琐，生产成本极高
。
[0004]例如中国专利
CN112458075A
公开了一种双交联颗粒凝胶，其制备方法包括以下步骤：
(1)
制备多乙烯基聚乙二醇高分子
、
巯基化的海藻酸钠和微生物的前体溶液；
(2)
制备包封微生物的水凝胶微球，通过油包水乳化分散法制备微球并固化；
(3)
制备双交联结构的颗粒凝胶填充柱用于生物催化反应，实现微生物催化过程的强化
。
该制备方法涉及油包水乳化分散法，工艺较为复杂，无法大规模生产，且得到的双交联颗粒凝胶的反应活性很低，无法用于后续的二次交联
。
[0005]又如中国专利
CN114773608A
公开了一种用于骨关节炎治疗的长效透明质酸，其由枝化大分子
、
巯基化透明质酸和溶剂共混改性制备得到
。
其中枝化大分子虽然能够接枝到巯基化透明质酸骨架上，但是得到的改性后的透明质酸的反应活性很低，无法用于后续的二次交联
。
且制备工艺涉及透析步骤，需要使用大量透析液，也难以大规模生产
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是制备一种具有高反应活性的水凝胶颗粒，制备工艺简单，可以实现大规模化生产，且制备得到的水凝胶颗粒具有高反应活性，可用于后续的二次交联，该水凝胶颗粒还具有良好的生物兼容性
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)
将双键改性的聚乙二醇
、
改性的天然高分子和任选的活性功能单体进行聚合反应，得到凝胶；
[0010](2)
对所述凝胶进行粉碎，得到凝胶颗粒；
[0011](3)
将所述凝胶颗粒与酶进行酶解反应，得到所述具有反应活性的水凝胶颗粒；
[0012]所述双键改性的聚乙二醇具有双键和聚乙二醇链段，所述改性的天然高分子具有巯基或双键，所述活性功能单体选自巯基或双键功能化的生物粘附肽或胆固醇，所述酶为所述天然高分子对应的酶
。
[0013]本专利技术中，所述任选的活性功能单体的含义是指步骤
(1)
中可以加入活性功能单体，也可以不加入活性功能单体
。
不加入活性功能单体时，双键改性的聚乙二醇和改性的天然高分子二者进行聚合反应，当加入活性功能单体时，双键改性的聚乙二醇
、
改性的天然高分子和活性功能单体三者进行聚合反应
。
[0014]本专利技术中，步骤
(1)
得到的凝胶具有未反应完全的双键或者其他活性基团，该凝胶为交联状态，大部分未完全反应的双键或者其他活性基团位于凝胶交联结构内部，步骤
(3)
采用天然高分子对应的酶对凝胶中的天然高分子链段进行酶解和切割，可以使得步骤
(1)
中未完全反应的双键或者其他活性基团暴露于水凝胶颗粒表面，使得水凝胶颗粒具有高反应活性，该高反应活性利于水凝胶颗粒的后续应用，例如用于细胞培养，或者利用该高反应活性进行二次交联
。
[0015]在一些实施方式中，所述双键改性的聚乙二醇选自聚乙二醇单丙烯酸酯
、
聚乙二醇二丙烯酸酯
、
聚乙二醇单甲基丙烯酸酯
、
聚乙二醇二甲基丙烯酸酯
、
超支化聚乙二醇二丙烯酸酯
、
超支化聚
β
酰肼酯中的一种或多种的组合
。
[0016]在一些实施方式中，所述超支化聚乙二醇二丙烯酸酯由聚乙二醇二丙烯酸酯通过活性聚合制备得到
。
[0017]在一些实施方式中，所述超支化聚乙二醇二丙烯酸酯的结构式为：
[0018][0019]所述超支化聚
β
酰肼酯的结构式为：
[0020]其中，
n
＝5‑
20
，优选
10。
该超支化聚
β
酰肼酯中含有二硫键，其电性为较小的正电性，而细胞稍微带负电，将其作为步骤
(1)
的聚合单体时，最终得到的水凝胶颗粒后续用于细胞培养等领域时，对细胞的粘附效果会更好
。
[0021]在一些实施方式中，所述超支化聚
β
酰肼酯由包括以下步骤的制备方法制备得到：所述超支化聚
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将双键改性的聚乙二醇
、
改性的天然高分子和任选的活性功能单体进行聚合反应，得到凝胶；
(2)
对所述凝胶进行粉碎，得到凝胶颗粒；
(3)
将所述凝胶颗粒与酶进行酶解反应，得到所述具有反应活性的水凝胶颗粒；所述双键改性的聚乙二醇具有双键和聚乙二醇链段，所述改性的天然高分子具有巯基或双键，所述活性功能单体选自巯基或双键功能化的生物粘附肽或胆固醇，所述酶为所述天然高分子对应的酶
。2.
根据权利要求1所述的具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于：所述双键改性的聚乙二醇选自聚乙二醇单丙烯酸酯
、
聚乙二醇二丙烯酸酯
、
聚乙二醇单甲基丙烯酸酯
、
聚乙二醇二甲基丙烯酸酯
、
超支化聚乙二醇二丙烯酸酯
、
超支化聚
β
酰肼酯中的一种或多种的组合，所述超支化聚乙二醇二丙烯酸酯由聚乙二醇二丙烯酸酯通过活性聚合制备得到；所述超支化聚
β
酰肼酯的结构式为：其中，
n
为5‑
20。3.
根据权利要求2所述的具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于：所述超支化聚乙二醇二丙烯酸酯的结构式为：和
/
或，所述超支化聚
β
酰肼酯由带有伯胺的3，3’‑
二硫代二丙酰肼与聚乙二醇二丙烯酸酯
(PEGDA)
通过迈克尔加成反应制备得到
。4.
根据权利要求1所述的具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于：所述天然高分子选自胶原蛋白
、
壳聚糖
、
明胶
、
葡聚糖
、
海藻酸钠和透明质酸中的一种或多种的组合
。5.
根据权利要求1所述的具有反应活性的水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中所述聚合反应在水或
PBS
缓冲液中进行，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，曾芸枫，余子夷，衡永远，沈宇，张小昀，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：