一种多层水凝胶及其制备方法与应用技术

一种多层水凝胶及其制备方法与应用，涉及一种高分子水凝胶。提供一种形状结构可控，具有“洋葱”形貌的多层水凝胶及其制备方法与应用。所述具有“洋葱”形貌的多层水凝胶由凝胶核模板和覆盖在凝胶核模板外部的多层膜水凝胶组成。1)将制备凝胶核的材料溶解后，再凝胶化，制得凝胶核模板；2)将凝胶核模板浸渍在交联剂水溶液中，使凝胶核吸附交联剂；3)将吸附交联剂的凝胶核模板浸渍于水溶性高分子溶液中，制得单层膜覆盖的水凝胶；4)重复步骤2)和3)，即得产品。取材广泛，模板形状及大小可任意设计，多层水凝胶的形状也能随需要而设计，每一层凝胶的微观结构都是大孔径网络结构，使其在药物包埋、药物缓释和组织工程中有应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高分子水凝胶，尤其是涉及一种多层水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
高分子水凝胶由于其独特的物理化学性质已经受到了人们极大的关注，多糖类水凝胶由于其无毒性、生物相容性、生物降解性等优点，使其在食品、化妆品、生物医学领域具有独特的优势。水凝胶按照其制备方法大体可以分为两类，第一类是通过物理的方法，如通过次价键(氢键)交联制备而得的，称之为物理凝胶。第二类是通过化学键交联制备而得的，称之为化学凝胶。化学凝胶由于其分子链之间通过化学键相连，因此比物理凝胶具有更优异的力学性质。水凝胶按照其取材来源可以分为天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶。由于天然高分子水凝胶取材广泛，资源可再生，生物相容性佳及可降解等优势，因此其研究与应用受到越来越广泛的关注。聚多糖类水凝胶作为天然高分子水凝胶中的一大类，包括壳聚糖、淀粉、海藻酸盐、琼脂糖、透明质酸盐、多肽蛋白质等水凝胶，具有优异的生物相容性和生物降解性，在生物医学工程领域具有广泛的应用。近年来，关于多糖类水凝胶的报道呈现爆炸性趋势，其中以壳聚糖水凝胶的应用最受关注。Alonso等(Calvo P，Vila-Jato J L, Alonso M J， et al. Novelhydrophilic chitosan-polyethyIene oxide nanoparticles as protein carriers Journal of AppliedPolymer Science, 1997,63(1) :125-132)将壳聚糖 / 聚氧化乙烯(CS/PE0)混合溶液与聚阴离子(TPP)溶液简单混合，利用共沉淀法，制备出了尺寸在200-1000nm范围的CS/PE0-PP0纳米粒子。此外，他们还研究了这种纳米粒子的载药性，发现该纳米粒子对蛋白质类药物的包埋率达到80%以上，所载药物在体内的释放 WfS]Ih7—Mo Mumper φ (MacLaughlin F C, Mumper R J, Wang J J, et al. Chitosan and depolymerized chitosan oligomers as condensingcarriers for in vivo plasmid delivery Journal of Controlled Release，1998，56 (1-3) :259-272)研究了壳聚糖作为基因载体的潜在应用。他们发现，由于壳聚糖的无毒性以及与基因的优异结合能力， 使得壳聚糖可以作为一种比较理想的基因载体。经实验结果证实，载有基因的壳聚糖粒子确实被靶向传输进入细胞内。Elder等(Nettles D L，Elder S H，Gilbert J A, et al.PotentialUse of Chitosan as a Cell Scaffold Material for Cartilage Tissue Engineering Tissue engineering, 2002,8 (6) :1009-1016)将壳聚糖水凝胶经冷冻干燥制备的多孔支架，并将动物的软骨细胞种植其中用于骨组织修复。实验发现，软骨细胞在壳聚糖支架表面生长；并且，通过荧光标记探测到在壳聚糖与软骨细胞周围产生了大量的细胞外基质；这充分说明壳聚糖支架材料在组织修复工程中具有很好的应用价值。关于“洋葱”型多层水凝胶的报道比较少。但是，“洋葱”型多层水凝胶在组织工程、药物输送、缓释和酶固定酶化方面具有独特的性能，正成为研究热点。2008年，David等3在 Nature 干丨J物上(Ladet S, David L, Domard A. Multi-membrane hydrogels Nature, 2008,452(7183) :76-79)首次报道了壳聚糖多层水凝胶的制备及其形成机理。他们将壳聚糖溶解在1，2_丙二醇/水(50/50)的混合溶液中，然后在55°C的条件下将水完全蒸发掉得到壳聚糖醇凝胶。然后，将这种醇凝胶反复、交替地在NaOH水溶液和醇水混合溶解中浸渍，便得到层间有空隙的壳聚糖多层水凝胶。这种多层水凝胶具有很高的载药能力和良好的药物缓释性能。此后，Xu 等(Dai H J, Li X F, Xu J, et al. Multi-membrane hydrogel fabricated by facile dynamicself-assembly. Soft Matter,2009,5(10) :1987-1989) 将含有Ca2+的海藻酸凝胶“核”浸渍于海藻酸钠溶液中，制到一个带有一层膜覆盖的“鸡蛋” 结构模板。然后，将该模板反复在Ca2+和海藻酸钠溶液中交替浸渍，制备出具有“洋葱”形貌的海藻酸钠多层水凝胶。研究发现，这种载药后的“洋葱”型多层水凝胶的药物释放呈脉冲式过程。总的来说，目前制备这类多层水凝胶的方法还比较少，制备出的多层水凝胶结构稳定性不高，凝胶力学性能较差，凝胶大小、形状和结构的控制不够成熟。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种形状结构可控，具有“洋葱”形貌的多层水凝胶及其制备方法与应用。所述具有“洋葱”形貌的多层水凝胶由凝胶核模板和覆盖在凝胶核模板外部的多层膜水凝胶组成。所述凝胶核模板的材料可选自壳聚糖、淀粉、海藻酸盐、琼脂糖、透明质酸盐、多肽蛋白质、聚乙二醇、聚酰胺、聚酰胺酸等中的至少一种。所述覆盖在凝胶核模板外部的多层膜水凝胶的材料可选自壳聚糖、海藻酸盐、琼脂糖、透明质酸盐等水溶性的高分子中的至少一种。所述具有“洋葱”形貌的多层水凝胶的制备方法包括以下步骤1)将制备凝胶核的材料溶解后，再凝胶化，制得凝胶核模板；2)将凝胶核模板浸渍在交联剂水溶液中，使凝胶核吸附交联剂；3)将吸附交联剂的凝胶核模板浸渍于水溶性高分子溶液中，制得单层膜覆盖的水凝胶；4)重复步骤2)和幻，即制得与重复次数一致层数的具有“洋葱”形貌的多层水凝胶。在步骤1)中，所述凝胶化的具体方法可选自变换温度凝胶化、蒸发溶剂凝胶化、 沉淀凝胶化或交联凝胶化等；所述凝胶核模板的直径大小可为0. 5 μ m 5cm，模板的形状可依据需要调节。在步骤幻中，所述交联剂可选自戊二醛或环氧氯丙烷等；所述交联剂水溶液的质量百分比浓度可为0. 01% 20% ；所述凝胶核模板浸渍在交联剂水溶液中的时间可为 0. 1 600min，所述交联剂水溶液的温度可为-5 80°C。在步骤幻中，所述水溶性高分子溶液的质量百分比浓度可为0.1% 3% ；所述将吸附交联剂的凝胶核模板浸渍于水溶性高分子溶液中的时间可为0. 1 600min，所述水溶性高分子溶液的温度可为-5 80°C，pH可为2 12 ；所述单层膜的厚度可为0. 1 μ m 0. 5cm0在步骤4)中，所述层数可为1 20层；其形状通过需求按模板设计的形状来控制，其层间结构和单层的大孔网络结构通过在交联剂中交联时间来调控。与现有多层水凝胶制备方法相比，本专利技术所述具有“洋葱”形貌的多层水凝胶取材广泛，模板形状及大小可任意设计，从而使得利用模板制备出来的多层水凝胶的形状也能随需要而设计。本专利技术所制备具有“洋葱”形貌的多层水凝胶的每一层凝胶的微观结构都是大孔径网络结构，这种结构的存在，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊晓鹏，段将将，王悦，王玉迪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：