[發(fā)明專利]一種基于多重動態(tài)化學(xué)鍵的自愈合水凝膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109796606B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴大婷;劉群峰;耿志杰;張錦
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省醫(yī)療器械研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L1/04;C08L5/08;C08L77/04;C08B37/08;C08B15/02;C08G69/48;C08G69/10
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開了一種基于多重動態(tài)化學(xué)鍵的自愈合水凝膠及其制備方法。一種基于多重動態(tài)化學(xué)鍵的自愈合水凝膠材料，結(jié)構(gòu)式如式(Ⅰ)所示：一種基于多重動態(tài)化學(xué)鍵的自愈合水凝膠的制備方法，是將O?羧甲基殼聚糖、醛基化納米纖維素、酰肼化聚L?谷氨酸分別配成溶液，再混合攪拌，靜置，得到式(Ⅰ)所示結(jié)構(gòu)的水凝膠產(chǎn)物。本發(fā)明的水凝膠具有自愈合性、抑菌性，生物相容性良好的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用價值廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水凝膠，特別涉及一種基于多重動態(tài)化學(xué)鍵的自愈合水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

高分子水凝膠是一種以水為分散介質(zhì)，由共價鍵和非共價鍵交聯(lián)而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體或半固體狀材料，質(zhì)地柔軟，含水量高。高分子水凝膠與生物肌體組織很相似，具有良好的生物相容性，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如藥物控制釋放體系、隱形眼鏡、創(chuàng)傷敷料及組織工程等。但在高分子水凝膠的應(yīng)用中，一個普遍存在的問題是：高分子水凝膠由于含水量大，通常強(qiáng)度較低，總會由于外力、液體或化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而受損，從而影響其結(jié)構(gòu)的完整性、使用性能和使用壽命。隨著社會對水凝膠材料的要求越來越高，傳統(tǒng)水凝膠的強(qiáng)度和變形能力均難以滿足很多實(shí)際應(yīng)用的要求，因此發(fā)展新型水凝膠材料具有重要的科學(xué)意義。自愈合作為一種在生物組織內(nèi)普遍存在的性能，在過去的十年里受到廣泛的關(guān)注，如果能夠賦予水凝膠自愈合性能，使其能夠通過宏觀、微觀等多機(jī)制抑制凝膠破壞，修復(fù)損傷，則可以延長其使用壽命，同時增加凝膠安全性和保持功能完整性。現(xiàn)如今，越來越多的科研人員選擇將自愈合性能引入到智能水凝膠中來提升凝膠的應(yīng)用前景。自愈合水凝膠作為一種新型自愈性材料，因其在軟組織材料修復(fù)、藥物載體及組織工程等領(lǐng)域已顯現(xiàn)的卓越性能，成為近年來醫(yī)用創(chuàng)新材料研究的重要熱點(diǎn)之一。

自愈合通常是指材料受到外部損傷后，能夠經(jīng)自身修復(fù)在形態(tài)、性能上接近或達(dá)到損傷前的狀態(tài)。動態(tài)化學(xué)是制備自愈合水凝膠的一種途徑，此類動態(tài)化學(xué)包括動態(tài)共價鍵化學(xué)和非共價鍵化學(xué)。大部分物理自愈合水凝膠是通過非共價鍵化學(xué)實(shí)現(xiàn)的，如通過氫鍵、疏水聚集和主客體相互作用實(shí)現(xiàn)水凝膠的自愈合，此類自愈合不需要外部刺激，但水凝膠穩(wěn)定性和強(qiáng)度有待提高。而動態(tài)共價鍵化學(xué)基自愈合水凝膠通常需要外部刺激，如pH值、光照或者溫度的調(diào)節(jié)，來誘導(dǎo)共價鍵反應(yīng)實(shí)現(xiàn)凝膠的自愈合。目前高分子水凝膠存在著自愈合、機(jī)械強(qiáng)度等綜合性能與結(jié)構(gòu)無法共同提高等挑戰(zhàn)，對于非共價鍵相互作用的水凝膠，其結(jié)構(gòu)普遍不穩(wěn)定、力學(xué)性能欠佳，不利于其在臨床上的推廣與產(chǎn)業(yè)化；對于共價鍵作為交聯(lián)點(diǎn)構(gòu)建的水凝膠，如單純的亞胺鍵或酰腙鍵交聯(lián)的水凝膠，其機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)度總是無法同時達(dá)到一個最佳點(diǎn)，強(qiáng)度提高的時候，必然對應(yīng)交聯(lián)度的提高，但提高交聯(lián)度會導(dǎo)致水凝膠網(wǎng)絡(luò)尺度太低，影響細(xì)胞的浸潤與遷移；因此通常需要通過與另一種或幾種作用力結(jié)合從而使凝膠具有理想的綜合性能。現(xiàn)有文獻(xiàn)(ACS Macro Letters,2012,1(2):275-279)公開了一種同時含有酰腙鍵和二硫鍵，具有酸堿和氧化還原雙重響應(yīng)的自愈合水凝膠，酰腙鍵與二硫鍵在該凝膠體系中是相互兼容，互不干擾的。

目前利用溫和的方法制備生物相容性良好的自愈合水凝膠材料仍是一個挑戰(zhàn)。用天然多糖材料制備具有自愈合性質(zhì)的水凝膠材料方法更是非常有限，對天然高分子自愈合凝膠的研究較少。與殼聚糖相比，羧甲基殼聚糖的水溶性好，并可以在任何pH值溶液內(nèi)溶解，且無毒、無味、生物相容性好，可降解。目前報道的羧甲基殼聚糖的制備大都以殼聚糖為原料，將堿化的殼聚糖分散在異丙醇中，在加熱或微波照射條件下，用氯乙酸羧化殼聚糖，從而得到羧甲基殼聚糖。該方法制備原理簡單，操作易行，但因殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中有2個羥基(C6-OH和C3-OH)和1個氨基(C2-NH₂)，羧甲基化在這3個位置均可發(fā)生反應(yīng)，因此產(chǎn)物有N,O-羧甲基殼聚糖、N-羧甲基殼聚糖和O-羧甲基殼聚糖三種，故此方法選擇性差，制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不單一。為降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)有反應(yīng)中也有采用甲殼素為原料，加入濃堿和氯乙酸，將脫乙酰化和羧甲基化結(jié)合在一起，一步到位。雖然這種方法步驟少，但同樣選擇性差，制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不單一，另外，此方法無法控制產(chǎn)物的脫乙酰度及羧甲基取代度。也有為了制備取代位置明確的羧基化殼聚糖，直接以殼聚糖為原料，將氨基基團(tuán)保護(hù)后再進(jìn)行羧基化反應(yīng)，得到O-羧甲基殼聚糖。但該方法制備周期長，流程復(fù)雜。