基于海藻酸和短肽的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域。具體涉及一種基于海藻酸和短肽的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水凝膠作為一種高吸水高保水材料，被廣泛用于多種日用化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等諸多領(lǐng)域。然而，水凝膠在以上領(lǐng)域中的包埋技術(shù)，還存在一些問題，比如包埋親水性小分子物質(zhì)時，由于分子質(zhì)量小、水溶性好，存在包埋效率低、控制釋放困難等不足?；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)(interpenetrating network, IPN)水凝膠具有更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其包容物不容易泄露，且便于設(shè)計多重響應(yīng)性功能單元，實現(xiàn)利用不同物理刺激控制藥物釋放。海藻酸是一種常見的水凝膠載體材料，但因其孔徑較大，很難做到小分子藥物的控釋，目前主要限于大分子藥物的緩釋。短肽水凝膠是近年發(fā)展起來的一類新型智能響應(yīng)生物醫(yī)藥材料，但其機械強度低，容易被破壞。海藻酸主要通過離子絡(luò)合作用與多價金屬離子發(fā)生凝膠化，而芳香性多肽則主要通過氫鍵和J1-Ji相互作用進行折疊，進而形成納米纖維和宏觀水凝膠。然而，目前為止，基于海藻酸與短肽兩種材料的互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠尚未有見報道，工藝條件、功能性質(zhì)還有待深入開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于海藻酸和短肽的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明中，互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的特征在于具備不同凝膠化機理性質(zhì)的兩種材料聯(lián)用。其中，海藻酸采用多價金屬離子交聯(lián)凝膠化機理和短肽采用通過J1-Ji堆積作用和氫鍵自組裝凝膠化機理。
[0005]本發(fā)明所述的多價金屬離子包括二價金屬離子Ca2+、Mg2+、和Ba2+;所述短肽包括Fmoc-F、Fmoc-FF、Fmoc-FFF、Fmoc-Y、Nap-FF、Nap-FFKY、Fc_F，或其它通過 π _ jt 堆積作用和氫鍵自組裝凝膠化的芳香性短肽。
[0006]互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備方法包括以下兩個步驟:(1)利用短肽凝膠行為的溫度響應(yīng)性，在其臨界凝膠溫度以上混合海藻酸鈉和短肽，首先通過加入二價金屬離子得到第一網(wǎng)絡(luò)多糖凝膠；⑵然后冷卻至臨界凝膠溫度以下，短肽在第一網(wǎng)絡(luò)之間通過p1-pi堆積作用和氫鍵自組裝進一步凝膠化得到第二網(wǎng)絡(luò)。
[0007]上述方法的步驟中海藻酸鈉的濃度為1%?5%，金屬離子的濃度為0.lmol/L?3mol/L，短肽的濃度為lmg/mL?20mg/mL。所述實驗條件中短肽的臨界凝膠溫度一般為30°C?50°C，因此所述步驟(1)中加入二價金屬離子前海藻酸鈉和短肽混合溶液的溫度條件為50°C以上，所述步驟(2)中加入二價金屬離子后海藻酸鈉和短肽混合溶液的溫度條件為30°C以下。
[0008]本發(fā)明互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備原理在于巧妙利用并整合兩種組裝機理相對獨立的單一凝膠，構(gòu)建新型大分子/小分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠。其結(jié)構(gòu)特征為，由生物相容性良好、具有pH響應(yīng)性的陰離子型大分子(具體為海藻酸)和具有溫度響應(yīng)性的芳香性短肽分子(比如含苯丙氨酸、酪氨酸序列)組成。陰離子多糖主要通過離子絡(luò)合作用與多價金屬離子發(fā)生凝膠化，而芳香性短肽則主要通過氫鍵和J1-Ji相互作用進行折疊，進而形成納米纖維和宏觀水凝膠。
[0009]本發(fā)明互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備原理滿足以下兩點:首先，在短肽分子存在下和短肽的臨界凝膠溫度之上，制備多糖水凝膠；然后，降低溫度，短肽分子發(fā)生凝膠化穿插在多糖水凝膠內(nèi)部形成第二網(wǎng)絡(luò)。
[0010]從上述操作步驟可知，本發(fā)明技術(shù)條件溫和，不涉及苛刻的反應(yīng)條件如高溫高壓等，有利于實際應(yīng)用推廣。研究發(fā)現(xiàn)本發(fā)明互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的機械強度遠遠高于單一凝膠。圖1是基于海藻酸/Fm0C-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的流變表征結(jié)果，可以看出互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的彈性模量(G’ )可以達到lOOOOPa，而鈣離子交聯(lián)的海藻酸凝膠(ALG)的G’約為700Pa，F(xiàn)moc-Y 凝膠的 G’ 約為 1000Pa。
[0011]利用本發(fā)明制備的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠可直接用于親水性小分子物質(zhì)的包埋和控制釋放。本發(fā)明所述未水性小分子物質(zhì)包括羅丹明B、5_氨基水楊酸和5-氟尿啼啶。
[0012]圖2是37°C下基于海藻酸/Fmoc-Y組成的IPN凝膠中羅丹明B在pH 2.0和pH 7.4的緩沖液釋放介質(zhì)中的累積釋放動力學曲線。從圖2可看出，無論是pH 2.0還是pH 7.4時，IPN對羅丹明B具有長時間的緩釋性質(zhì)，而且羅丹明B在pH 2.0的釋放慢于pH 7.4。反之，羅丹明B很快從單一 ALG凝膠中擴散出來，有明顯突釋現(xiàn)象，另外同樣羅丹明的濃度條件下單一 Fmoc-Y不能形成凝膠。
[0013]圖3是37 °C時，基于海藻酸/Fmoc-Y組成的IPN凝膠中5-氨基水楊酸在pH2.0-pH 7.4緩沖液連續(xù)釋放介質(zhì)中的累積釋放動力學曲線。從圖3可看出，相比單一 ALG凝膠和單一 Fmoc-Y凝膠，5-氨基水楊酸在IPN水凝膠中具有更好的緩釋性質(zhì)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:1)制備工藝簡單，條件溫和；2)所制備的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的機械強度高于單一水凝膠；3)所制備的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠可用于親水性小分子物質(zhì)的包埋和控制釋放。
【附圖說明】
[0015]圖1.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的流變表征結(jié)果圖2.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對羅丹明B的控制釋放
圖3.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對5-氨基水楊酸的控制釋放
【具體實施方式】
[0016]以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。
[0017]實施例1.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠
首先，預(yù)熱海藻酸鈉水溶液(15mg/mL)至60°C，然后加入Fmoc-Y的DMS0溶液(100mg/mL) 15 μ L，共熱得到均一透明的溶液，再加入100 μ L CaCl2溶液(0.2mol/L)，快速振蕩使其初始凝膠化，然后冷卻至室溫并放置24h，制備得到海藻酸/Fmoc-Y短肽互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
[0018]實施例2.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對羅丹明B的包埋首先，預(yù)熱海藻酸鈉(15mg/mL)和羅丹明B(lmg/mL)混合溶液至60 °C，然后加入Fmoc-Y的DMS0溶液(100mg/mL) 15 μ L，共熱得到均一透明的溶液，再加入100 μ L CaCl2S液(0.2mol/L)，快速振蕩使其初始凝膠化，然后冷卻至室溫并放置24h，制備得到包埋羅丹明B的海藻酸/Fmoc-Y短肽互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
[0019]實施例3.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對5-氨基水楊酸的包埋首先，預(yù)熱海藻酸鈉(15mg/mL)和5-氨基水楊酸(lmg/mL)混合溶液至60°C，然后加入Fmoc-Y的DMS0溶液(100mg/mL) 15 μ L，共熱得到均一透明的溶液，再加入100 μ L CaCl2S液(0.2mol/L)，快速振蕩使其初始凝膠化，然后冷卻至室溫并放置24h，制備得到包埋5-氨基水楊酸的海藻酸/Fmoc-Y短肽互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
[0020]實施例4.基于海藻酸/Fmoc-Y組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對5-氟尿嘧啶的包埋首先，預(yù)熱海藻酸鈉(15mg/mL)和5-氟尿啼啶(lmg/mL)混合溶液至60°C，然后加入Fmoc-Y的DMS0溶液(100mg/mL) 15 μ L，共熱得到均一透明的溶液，再加入100 μ L CaCl2S液(0.2mol/L)，快速振蕩使其初始凝膠化，然后冷卻至室溫并放置24h，制備得到包埋5-氟尿啼啶的海藻酸/Fmoc-Y短肽互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
[0021]實施例5.基于海藻酸/Fmoc-F組成的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠對親水性物質(zhì)的包埋和控制釋放首先，預(yù)熱海藻酸鈉(15mg/mL)和親水性物質(zhì)(包括羅丹明B、5_氨基水楊酸和5-氟尿啼啶，lmg/mL)混合溶液至60°C，然后加入Fmoc-F的DMS0溶液(100mg/mL) 15 μ L,共熱得到均一透明的溶液，再加入100 μ L CaC12溶液(0.2mol/L)，快速振蕩使其初始凝膠化，然后冷卻至室溫并放置24h，制備得到包埋親水性物質(zhì)的海藻酸/Fmoc-F短肽互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
【主權(quán)項】
1.一種基于海藻酸和短肽的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法，其特征在于具備不同凝膠化機理性質(zhì)的兩種材料聯(lián)用。2.其中，海藻酸采用多價金屬離子誘導凝膠化機理和短肽采用通過π-π堆積作用和氫鍵自組裝凝膠化機理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，海藻酸可被二價鈣離子、鎂離子、鋇離子交聯(lián)發(fā)生凝膠化，短肽為 Fmoc-F、Fmoc-FF、Fmoc-FFF、Fmoc-Y、Nap-FF、Nap-FFKY、Fc_F，或其它通過 π _ jt 堆積作用和氫鍵自組裝凝膠化的芳香性短肽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備方法包括以下兩個步驟:(1)利用短肽凝膠行為的溫度響應(yīng)性，在其臨界凝膠溫度以上混合海藻酸鈉和短肽，首先通過加入多價金屬離子得到第一網(wǎng)絡(luò)多糖凝膠；(2)然后冷卻至臨界凝膠溫度以下，短肽在第一網(wǎng)絡(luò)之間通過31-31堆積作用和氫鍵自組裝進一步凝膠化得到第二網(wǎng)絡(luò)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中多價金屬離子為二價金屬離子，包括鈣離子、鎂離子、鋇離子。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述步驟(2)的方法，其特征在于:所述短肽為Fmoc-F、Fmoc-FF、Fmoc-FFF、Fmoc_Y、Nap-FF、Nap-FFKY、Fc_F，或其它通過π - jt堆積作用和氫鍵自組裝凝膠化的芳香性短肽。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于所述實驗條件中海藻酸鈉的濃度為1 %?5%，金屬離子的濃度為0.lmol/L?3mol/L，短肽的濃度為lmg/mL?20mg/mL。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于所述實驗條件中臨界凝膠溫度為30?50。。。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠可直接用于親水性小分子物質(zhì)的包埋和控制釋放。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述，互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠包埋的親水性小分子物質(zhì)包括羅丹明Β、5-氨基水楊酸和5-氟尿嘧啶。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于海藻酸和短肽的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法。該互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的特征在于具備不同凝膠化機理性質(zhì)的兩種材料聯(lián)用。制備過程包括以下兩個步驟：(1)利用短肽凝膠行為的溫度響應(yīng)性，在其臨界凝膠溫度以上混合海藻酸鈉和短肽，首先通過加入多價金屬離子得到第一網(wǎng)絡(luò)多糖凝膠；(2)然后冷卻至臨界凝膠溫度以下，短肽在第一網(wǎng)絡(luò)之間通過π-π堆積作用和氫鍵自組裝進一步凝膠化得到第二網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明所公開的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠具有更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和更高的機械強度，其包容物不容易泄露，且便于設(shè)計多重響應(yīng)性功能單元，實現(xiàn)利用不同物理刺激控制藥物釋放。
【IPC分類】C08J3/075, C08J3/24, C08L5/04
【公開號】CN105254932
【申請?zhí)枴緾N201510725704
【發(fā)明人】李娟 , 陳嘉慧, 劉又年, 孫曉毅
【申請人】中南大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月30日