一種光交聯(lián)仿生水凝膠及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光交聯(lián)仿生水凝膠及其制備和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 水凝膠是一種通過共價(jià)鍵、氫鍵或范德華力等作用相互交聯(lián)構(gòu)成的具有三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)的聚合物材料。由于其物理性狀與活體組織類似，往往具有優(yōu)良的生物相容性，因而在 組織工程、藥物輸送系統(tǒng)、植入及介入醫(yī)療器械等生物醫(yī)用領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。 [0003]制備凝膠常用的交聯(lián)方法有物理交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián)、高能射線輻照交聯(lián)和光交聯(lián)等。 物理交聯(lián)凝膠的力學(xué)性能及穩(wěn)定性不理想;化學(xué)交聯(lián)的化學(xué)引發(fā)劑增加了其細(xì)胞毒性且交 聯(lián)過程不易控制；高能射線輻照交聯(lián)對(duì)原位凝膠的形成受限等原因。光交聯(lián)的反應(yīng)條件溫 和，副產(chǎn)物少，反應(yīng)過程容易控制，反應(yīng)效率高，尤其適用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。
[0004]殼聚糖是自然界唯一的堿性氨基多糖，它無毒無害，具有生物可降解性、良好的生 物相容性、易于加工等許多優(yōu)點(diǎn)，以其為基材構(gòu)建的水凝膠等材料已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用 令頁(yè)域[Hui Yun Zhou,Ling Juan Jiang, Pei Pei Cao , Jun Bo L i , X i Guang Chen.Glycerophosphate-based chitosan thermosensitive hydrogel and their biomedical applications. Carbohydrate Polymers,2015,117,524-536；Hang Li,Andrew M.Koenig,Patricia Sloan,Nic D.Leipzig. In vivo assessment of guided neural stem cell differentiation in growth factor immobilized chitosan-based hydrogel scaffolds .Biomaterials 35(2014)9049-9057]。但仍然存在生理?xiàng)l件下抗菌性 不佳、易導(dǎo)致非特異性蛋白吸附等不足，限制了其臨床應(yīng)用。
[0005] 當(dāng)前，細(xì)菌等微生物黏附及隨后形成的生物膜是導(dǎo)致植入物感染和醫(yī)療器械故障 失效的主要原因之一，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康和生命安全。此外，源于非特異性蛋白吸 附導(dǎo)致的不良生物反應(yīng)也是影響植入及介入等醫(yī)療器械治療效果的重要因素。為此，人們 一直致力開發(fā)兼有抗菌和抑制蛋白吸附的生物醫(yī)用材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種光交聯(lián)仿生 水凝膠。該光交聯(lián)仿生水凝膠兼有抗菌性和抗蛋白吸附。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述光交聯(lián)仿生水凝膠的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述光交聯(lián)仿生水凝膠的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] -種光交聯(lián)仿生水凝膠，所述光交聯(lián)仿生水凝膠的單體為：甲基丙烯酸縮水甘油 酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs-GMA)，其分子結(jié)構(gòu)如式I所示：
[0011]
[0012]其中4/!1 = 〇~〇.2，即殼聚糖的脫乙酰度為80%~100%;7/11 = 0.25~0.75，即磷 酸二膽堿基團(tuán)的取代度優(yōu)選為25 %~75 % ; z/n = O . 1~O . 4，即甲基丙烯酸縮水甘油酯 (GMA)取代度優(yōu)選為10%~40% ;η為結(jié)構(gòu)式中重復(fù)單元數(shù)。
[0013] -種光交聯(lián)仿生水凝膠的制備方法，所述光交聯(lián)仿生水凝膠為甲基丙烯酸縮水甘 油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽水凝膠，所述制備方法包括如下步驟：
[0014] (1)將6-0-三苯基甲醚化殼聚糖(Cs-Tr)溶于反應(yīng)介質(zhì)；加入雙取代膽堿膦酸酯， 其中6-0-三苯基甲醚化殼聚糖（Cs-Tr)中的氨基與雙取代膽堿膦酸酯的摩爾比為1: (2~ 10)，0~40°C攪拌反應(yīng)4~24h;旋干溶劑，加入甲酸，室溫?cái)嚢?.5~6h;旋干甲酸，用生理鹽 水和去離子水透析，冷凍干燥，得到磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽；
[0015] (2)配制磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽水溶液，將甲基丙烯酸縮水甘油酯加入到磷 酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽水溶液中，惰性氣體氛圍保護(hù)下50°C~80°C反應(yīng)4h~12h后，透 析，冷凍干燥，得到甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs-GMA);
[0016] (3)配制甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽的水溶液，加入光引 發(fā)劑;然后在紫外光下照射，即得到透明、均勻、具有良好力學(xué)性能的甲基丙烯酸縮水甘油 酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs-GMA)水凝膠。
[00?7] 步驟（1)中所述的6-0-三苯基甲醚化殼聚糖（Cs-Tr)，按照文獻(xiàn)"S. J. Nishmura， 0·Kohgo，K·Kurita，MacromoIecules 24(1991)4745-4748." 中的制備方法由殼聚糖改性得 到:①鄰苯二甲酸酐(NPTH)和殼聚糖（其中NPTH和殼聚糖-NH2摩爾比為3:1)在無水N，N-二 甲基甲酰胺中氮?dú)獗Ｗo(hù)下130°C反應(yīng)8h，過濾除去不溶物后倒入高速攪拌的冰水中，然后過 濾，并且用乙醇，乙醚洗滌后烘干得鄰苯二甲酰化殼聚糖(NPTH-Cs);②鄰苯二甲?；瘹ぞ?糖(NPTH-Cs)和三苯基氯甲烷(Tr)(摩爾比1:10)在無水吡啶中氮?dú)獗Ｗo(hù)下90°C反應(yīng)24h，過 濾除去不溶物后傾入高速攪拌的乙醇中，然后過濾，并且用乙醇，乙醚洗滌后烘干得NPTH-Cs-Tr;③NPTH-Cs-Tr按照lg/20mL的量加入到50%水合肼中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)16h，然后過 濾后，用乙醇，乙釀洗滌后烘干，即得Cs-Tr。
[0018]步驟（1)中所述的反應(yīng)介質(zhì)優(yōu)選為N，N-二甲基乙酰胺，或是三乙胺和四氯化碳的 混合溶液，或是N，N-二甲基乙酰胺、三乙胺和四氯化碳的混合溶液;其中每IOOmL N，N-二甲 基乙酰胺中含有1~IOg的6-0-三苯基甲醚化殼聚糖，優(yōu)選為含有1~2g;其中三乙胺、四氯 化碳與6-0-三苯基甲醚化殼聚糖的氨基摩爾比例優(yōu)選為6:4:1。
[0019] 步驟（1)中所述的6-0-三苯基甲醚化殼聚糖(Cs-Tr)中的氨基與雙取代膽堿膦酸 酯的摩爾比優(yōu)選為1: (4~8)。
[0020] 步驟(1)中所述的攪拌反應(yīng)的條件優(yōu)選為0~40°C攪拌反應(yīng)10~12h。
[0021] 步驟(1)中所述的室溫?cái)嚢璧臅r(shí)間優(yōu)選為2~6h。
[0022] 步驟（1)中所述的雙取代膽堿膦酸酯由氯化膽堿和亞磷酸二苯酯按摩爾比2:1在 二甲亞砜/吡啶混合溶劑中反應(yīng)2小時(shí)制得。
[0023] 步驟(1)中所述的甲酸與Cs-Tr中-NH2摩爾比優(yōu)選為5~50。
[0024]步驟(2)中所述的磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs)中氨基與甲基丙烯酸縮水 甘油酯(GM)的摩爾比優(yōu)選為0.5~2。
[0025] 步驟(2)中所述的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為4h~12h;反應(yīng)溫度優(yōu)選為50°C~80°C。
[0026] 步驟（2)中所述的磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽水溶液的濃度優(yōu)選為0.1~IOmg/ mL;更優(yōu)選為1~I Omg/mL。
[0027] 步驟(2)所述的惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻?br>[0028] 步驟(3)中所述的甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽的水溶液 的濃度優(yōu)選為40~200mg/mL。
[0029] 步驟(3)中所述的光引發(fā)劑優(yōu)選為烷基苯酮類光引發(fā)劑;更優(yōu)選為2-羥基-4-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮（12959)。
[0030] 步驟(3)中所述的光引發(fā)劑加入量?jī)?yōu)選為0.1 %~1 % (w/v)。
[0031 ]步驟(3)中所述的紫外光優(yōu)選為近紫外光(n = 365nm)。
[0032]步驟(3)中所述紫外光強(qiáng)度優(yōu)選為10~lOOmW/cm2。
[0033]步驟(3)中所述的紫外光照射時(shí)間優(yōu)選為5~30min。
[0034] 本發(fā)明所述的光交聯(lián)仿生水凝膠可以應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于植入及 介入醫(yī)療器械、組織工程材料、醫(yī)用敷料中。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0036] 本發(fā)明所述的光交聯(lián)仿生水凝膠成型條件快速、溫和，具有的局域分枝雙正電荷 結(jié)構(gòu)的磷酸二膽堿基團(tuán)（PDC)可兼顧改善親水性、細(xì)胞毒性、抗菌性和抑制蛋白吸附，得到 的仿生水凝膠在生理環(huán)境條件下具有顯著的廣譜抗菌效果，對(duì)正常細(xì)胞無毒，且可抑制蛋 白吸附，在醫(yī)療、健康護(hù)理等生物醫(yī)用領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0037] 圖1是實(shí)施例1制備的甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽 (PDCCs-GMA)的1H NMR譜圖。
[0038] 圖2是實(shí)施例1制備的甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽 (PDCCs-GMA)的31P NMR譜圖。
[0039] 圖3是實(shí)施例1制備的甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽 (PDCCs-GMA)水凝膠的蛋白吸附量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042] -種甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽水凝膠制備方法，包括 如下步驟：
[0043] 步驟(1):磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs)的合成
[0044] 取200mg由殼聚糖（χ/η = 0)改性得到的6-0-三苯基甲醚化殼聚糖（Cs-Tr)溶于 IOmL無水N，N-二甲基乙酰胺，同時(shí)加入1.05mL的三乙胺和0.475mL的四氯化碳；緩慢加入 IOmL溶解0.475mL雙取代膽堿膦酸酯的異丙醇，其中Cs-Tr中的氨基與雙取代膽堿膦酸酯的 摩爾比為1:5,室溫?cái)嚢璺磻?yīng)12小時(shí);旋干溶劑，加入甲酸，室溫?cái)嚢?小時(shí)；旋干甲酸，用生 理鹽水和去離子水透析，冷凍干燥，得到磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽，其中磷酸二膽堿基團(tuán) 的取代度為42 %。
[0045]步驟(2):甲基丙烯酸縮水甘油酯-磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽(PDCCs-GMA)的合 成
[0046] 取0.5g步驟（1)制得的磷酸二膽堿化殼聚糖鹽酸鹽溶于IOOmL去離子水中，加入 0.275