[發明專利]一種可用于組織工程的植物單寧冷凍水凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710412917.6
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107343968A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 胡新宇;汪詠梅;張亮亮;徐曼
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院林產化學工業研究所
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/50;A61L27/56;A61L27/16;C08F222/38;C08F216/38;C08L35/00;C08J3/075
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 唐循文

技術領域

本發明屬于可醫用的天然生物高分子材料領域，具體涉及一種可用于組織工程的植物單寧冷凍水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

水凝膠是由高分子聚合物通過非共價鍵的物理結合或共價的化學交聯而得到的三維網絡。由于具有大量的親水性基團，水凝膠對水具有很高的親和力，在水中能夠溶脹吸收自身幾十倍甚至上千倍的水分，并且具有很好的保持水分的能力，即使在外界壓力下水分也不會流失，可以很好地模擬人體內的環境，因此，水凝膠在組織工程領域的應用具有得天獨厚的優勢。作為組織工程材料，水凝膠必須具備良好的生物相容性、力學性能、細胞或蛋白吸附性等。除此之外，連續均勻的多孔結構對于組織工程模塊而言是十分必要的。高度連續、孔徑可控的多孔結構有利于細胞的粘附、增殖、分化以及組織的形成。不同的孔徑分布很大程度上影響著血管形成、細胞養分的運送以及細胞代謝產物的排出。傳統的合成類高分子水凝膠（如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等）具備較理想的機械性能，可控制的化學組成、制備過程以及分子量，但其生物相容性較差、孔結構過于致密、對于外部環境的響應緩慢、缺乏生物活性并且不易降解，導致體系不具備細胞識別信號，不適于活性物質和細胞的負載。

植物單寧廣泛地存在于植物的葉、果實、根及樹皮等部位中，是重要的天然多酚類活性物質，也是天然產物中研究得比較早和較多的一類化合物。植物單寧的多酚羥基化學結構和獨特的化學性質使其呈現出具有較強的抗氧化、抗病毒、抗腫瘤等多種生物活性，而且能與蛋白質、多糖、生物堿反應，與金屬離子絡合，對細菌和酶的抑制，對某些農作物病蟲害的抗性，可被用作抑菌劑、抗腫瘤藥物、抗氧化劑、防腐劑、鞣革劑、化妝品、黏合劑、水處理劑以及吸附樹脂等。

利用互穿聚合物網絡與冷凍聚合聯合使用的方法，將植物單寧與高分子聚合物相融合，制備的凝膠材料可以有效地解決合成類高分子水凝膠存在的問題。互穿聚合物網絡是制備組織工程類水凝膠的一種簡單有效的方法。體系中，植物單寧插入到聚合物三維網絡中，與網絡中的分子鏈相互之間物理纏繞，形成多孔的結構，依靠兩者之間的氫鍵等分子間作用力維持網絡結構的穩定，最大程度地發揮植物單寧親水性高、抑菌能力以及合成高分子聚合物機械強度較高的優點。另一方面，通過冷凍聚合制備的凝膠，由于其特殊的聚合機理，凝膠通常具備連續、孔密度高的大孔結構，有助于營養物質的擴散和細胞代謝產物的排泄，更好的模擬生物體內的組織器官，為細胞的滲入、生長擴散提供場所，為組織生長所需營養物質與組織代謝物提供通道。并且凝膠的機械強度較高，可以更好地滿足其在組織工程領域的使用。將冷凍聚合和互穿聚合物網絡聯合使用制備組織工程類水凝膠，可以通過調節植物單寧和高分子聚合物的比例以及制備溫度等條件對多孔結構包括孔密度、孔徑范圍加以控制，有效地降低了對所黏附細胞的刺激性，使得所培養細胞能夠在凝膠的孔內部進行粘附以及增殖。

發明內容

解決的技術問題：本發明的目的就是為了克服合成類高分子水凝膠存在的孔結構過于致密、不易降解并且缺乏生物活性的缺陷而提供一種具備連續大孔結構、可降解、生物相容性好的植物單寧水凝膠及其制備方法和應用，該方法操作工藝簡單，實施條件溫和。

技術方案：一種可用于組織工程的植物單寧冷凍水凝膠的制備方法，步驟為：（1）將植物單寧粉末溶解于去離子水中，攪拌均勻，制成質量濃度1%-3%的植物單寧水溶液；（2）將N, N-二甲基丙烯酰胺溶解于去離子水中，攪拌均勻，制成35%-45%的N, N-二甲基丙烯酰胺水溶液；（3）將上述植物單寧水溶液以及N, N-二甲基丙烯酰胺水溶液相混合，再加入交聯劑，配制成均勻溶液；所述植物單寧:N, N-二甲基丙烯酰胺:交聯劑的質量比為（5 ~ 15）：（100~ 200）：（12 ~ 36）；（4）將引發劑粉末溶解于去離子水中，攪拌均勻，制成質量濃度為2% ~ 4%的引發劑水溶液；將有效量的引發劑水溶液加入步驟（3）所得反應體系中；（5）將步驟（4）中的溶液倒入模具中，置于低溫反應釜內，在-10 ℃ ~ -40 ℃反應10 min ~ 30 min；（6）將步驟（5）中的模具從低溫反應釜中取出，在25 ℃ ~ 35 ℃融化后可得到冷凍水凝膠。

上述植物單寧為化香果單寧、板栗苞單寧或橡椀單寧。

上述植物單寧水溶液其質量分數為3%。

上述N, N-二甲基丙烯酰胺水溶液其質量分數為35%。

上述引發劑為水溶性引發劑如過硫酸銨、過硫酸鉀或硝酸鈰銨。