本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种多功能可注射性复合水凝胶的制备。
背景技术：
在生物医用领域，利用载体材料控制药物在人体中的释放速率、时间以及地点是提高药物的疗效、降低和减少药物的毒副作用及减少给药次数的一种有效方式。理想的药物载体应具有很好的生物相容性、生物可降解性、理化及生物稳定性和极低的毒性，且有较高的载药性。而利用载体材料实现细胞的传递和转染也是此领域研究热点之一，对人类健康起着至关重要的作用。目前用作载体的材料很多，包括水凝胶、微球、膜、功能化粒子。其中，可注射型生物材料通过注射的方法植入体内，具有微创性的特点，在生物医用领域有着广泛的应用前景。
水凝胶前驱物为溶液状态，极易注射，在体内可快速成型，是一类最常见的可注射型生物材料。可注射型生物材料通过注射的方法植入体内，具有微创性的特点，在组织工程和外科整形方面有着广泛的应用前景。水凝胶的结构兼有固体和液体双重特性的性质，这种结构可以实现药物在孔隙中的装载，并通过扩散、渗透、降解等方式实现药物的控制释放，同时水凝胶固体的特性可以保证药物在病变的部位的释放。此外，水凝胶水溶液的环境与人体组织及其相似，柔软、润湿的表面以及与组织的亲和力大大减少了材料对周围组织的刺激，使得水凝胶具有良好的生物相容性。但是大部分抗癌药物如阿霉素、紫杉醇等是疏水性药物，疏水性药物的水溶性比较差，这些药物在水凝胶中的装载收到一定的限制。此外，做为可注射性材料，水凝胶也有机械强度较低、降解速度较快、水凝胶很快发生破碎或坍塌从而不能继续维持细胞生长的空间等缺点。
从微米尺寸到纳米尺寸的粒子是可注射型支架的另一种形式。这种可注射型微载体主要有PLA、PLGA、明胶、海藻酸钠等微球。此外，刺激响应性也是纳米粒子一个在生物医用领域应用的显著的优势。特别是低pH响应材料，在抗肿瘤药物传递方面有着广泛的应用。但是纳米的载体材料在实现它的灵活响应性的同时，也有着材料的稳定性差、无法填充特定形状的缺点。因此，将两者复合可以结合两者的优点，同时又克服两者的缺点。
现有的可注射性水凝胶载体材料成分比较单一，很难实现载体材料的多功能性的响应的特点。本发明的纳米粒子复合水凝胶正好改善了这方面的缺点。
现有技术中已有通过超分子自主装制备了可注射性石墨烯/PVA水凝胶药物载体，但是该类可注射性的水凝胶载体中药物释放主要通过水凝胶的表面腐蚀来实现，并没有特定的刺激响应的特性，且PVA是一种不降解材料，当分子量超过一定值时，材料在体内的代谢会有一定的问题。本发明的纳米复合水凝胶材料是完全可以降解成小分子的一种材料，且具有刺激响应的特性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种简单制备可注射具有低pH响应特性的复合水凝胶及其制备的方法。
本发明通过缩醛化环糊精制备低pH响应特性的纳米粒子，通过双键化的明胶作为乳化剂以及水凝胶的前驱体，通过光引发的自由基聚合实现复合可注射性水凝胶的制备。步骤包括：步骤1：材料的准备，根据现有技术制备具有pH敏感特性的环糊精、双键化明胶，其中双键明胶为固体；步骤2：含环糊精纳米粒子的水凝胶前驱体溶液的制备，将一定质量pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，密封冰浴超声粉碎，再加入一定浓度和体积的pH＝7.5的双键化明胶/PBS溶液；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的pH＝7.5的双键化明胶/PBS溶液得到混合乳液，在磁力搅拌器搅拌，让有机溶剂充分蒸发后加入一定双键化的明胶；步骤3：光引发的自由基聚合，在溶液中加入一定量的光引发剂，置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一定时间后形成纳米复合水凝胶。
本发明的具体步骤如下：
第一步：材料的准备：(1)具有pH敏感特性的环糊精的制备(见专利申请号：2010101817859，2015103967228)，(2)双键化明胶的制备(Macromol.Biosci.2009,9,1194-1201)：在小烧杯中加入1g明胶并加入50ml去离子水，将烧杯放入烘箱中溶解，设定温度为50摄氏度。用移液枪移取800微升丙烯酸并加入50毫升去离子水，然后加入1摩尔每升的氢氧化钠调节其pH值在4至5之间(用量约为8毫升)。在其中加入0.5geEDC(化学试剂1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳酰亚胺)和0.15到0.16gNHS(N-N-羟基琥珀酰亚胺)反应20分钟，在使用集热式恒温磁力搅拌器在35摄氏度下水浴搅拌12小时。得含双键明胶溶液。用透析袋将所制得的溶液透析十次以上(最后几次用蒸馏水)，时间间隔两小时以上。就得到了纯净的双键明胶溶液。冻干后得到明胶双键固体。
第二步：含环糊精纳米粒子的水凝胶前驱体溶液的制备
将一定质量pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，其优选的浓度为1％-20％(w/v)，进一步浓度为5％-15％(w/v)，最优的浓度为9％-11％(w/v)；密封冰浴超声粉碎2min，再加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液；其优选的浓度为0.1％-10％(w/v)，进一步浓度为0.5％-3％(w/v)，最优的浓度为0.8％-1.2％(w/v)；优选的水油比为2：1-20：1，进一步为5：1-15：1，最优的为9：1-10：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液得到混合乳液，其优选的浓度为0.03％-5％(w/v)，进一步浓度为0.1％-1％(w/v)，最优的浓度为0.3％-0.5％(w/v)；优选的初乳液与混合乳液比为2：1-1：10，进一步为1：1-1：5，最优的为1：2-1：3；在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发后加入一定双键化的明胶，是最终明胶的浓度在3％-20％(w/v)，进一步的为5％-15％(w/v)，最优的为10％-15％(w/v)。
第三步：光引发的自由基聚合
在溶液中加入一定量的光引发剂，置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。优选的光引发剂为I2959，I1173，I651，I184，最优的为I2959，优选的引发剂浓度为0.01-0.5％(w/v),进一步的为0.05-0.1％(w/v)。优选的光照时间10min-1h，进一步的为10-30min，最优的为20-30min。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种具有pH响应性的可注射性明胶水凝胶及其加工方法，所得产品的性能符合生物医用载体材料的基本要求。具有较大的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但下述实施例对本发明的保护范围并无明确限制。
凝胶时间的测定：
通过观察法观测水凝胶单体流动性的变化，从溶液失去流动性的时间定义水凝胶的凝胶时间。
水凝胶溶胀性能测试:
水凝胶冻干后称重记为Wdry，干胶浸入37℃的水中一段时间后称重记为W1，溶胀比定义为W1/Wdry。干胶浸入37℃的水中24h后称重记为W2。平衡溶胀比定义为W2/Wdry。
动态流变性能的测定：
将水凝胶制备成直径为50mm，高度为1mm大小的形状，在安东帕MCR流变仪上用平行板模式在37度下，测定其模量、粘度随着频率的变化，设定应变为1％。
水凝胶pH响应性：
将水凝胶置于不同pH的介质中，每隔一段时间取出，通过紫外光谱检测水凝胶在400nm处的透过率。
本发明，min表示分钟,h表示小时，w/v表示用质量体积比浓度。
实施例1
将pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，浓度为10％(w/v)，密封冰浴超声粉碎2min；再加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液，浓度为1％(w/v)；双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液与环糊精/二氯甲烷溶液体积比为6：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液得到混合乳液，浓度为0.3％(w/v)；初乳液与混合乳液体积比为1：2，在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发形成pH敏感特性的环糊精纳米粒子的乳液。加入一定双键化的明胶，使最终明胶的浓度在15％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本实施例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间22min，平衡溶胀比为11.6，储能模量在3000-4000之间，损耗模量在50-100之间。纳米微粒在pH＝7.5的介质中比较稳定，48小时内未出现明显的溶解现象；在pH＝6.5的介质中，24小时内缓慢溶解，直到36小时几乎所有纳米粒子全部溶解；在pH＝5.5的介质中，8小时内快速溶解。
实施例2
将pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，浓度为15％(w/v)，密封冰浴超声粉碎2min；再加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液，浓度为1％(w/v)；水油比为6：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液得到混合乳液，浓度为0.3％(w/v)；初乳液与混合乳液比为1：2，在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发形成pH敏感特性的环糊精纳米粒子的乳液。加入一定双键化的明胶，使最终明胶的浓度在20％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本实施例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间15min，平衡溶胀比为10.3，储能模量在12000-20000之间，损耗模量在300-500之间。纳米微粒在pH＝7.5的介质中比较稳定，48小时内未出现明显的溶解现象；在pH＝6.5的介质中，24小时内缓慢溶解，直到36小时几乎所有纳米粒子全部溶解；在pH＝5.5的介质中，8小时内快速溶解。
实施例3
将pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，浓度为5％(w/v)，密封冰浴超声粉碎2min；再加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液，浓度为1％(w/v)；水油比为6：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液得到混合乳液，浓度为0.3％(w/v)；初乳液与混合乳液比为1：2，在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发形成pH敏感特性的环糊精纳米粒子的乳液。加入一定双键化的明胶，使最终明胶的浓度在15％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本实施例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间21min，平衡溶胀比为12.3，储能模量在1900-2500之间，损耗模量在30-100之间。纳米微粒在pH＝7.5的介质中比较稳定，48小时内未出现明显的溶解现象；在pH＝6.5的介质中，24小时内缓慢溶解，直到36小时几乎所有纳米粒子全部溶解；在pH＝5.5的介质中，8小时内快速溶解。
实施例4
将pH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，浓度为10％(w/v)，密封冰浴超声粉碎2min；再加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液，浓度为1％(w/v)；水油比为6：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的双键化明胶/PBS(pH＝7.5)溶液得到混合乳液，浓度为0.3％(w/v)；初乳液与混合乳液比为1：2，在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发形成pH敏感特性的环糊精纳米粒子的乳液。加入一定双键化的明胶，使最终明胶的浓度在10％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本实施例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间28min，平衡溶胀比为26.9，储能模量在1000-1500之间，损耗模量在20-100之间。纳米微粒在pH＝7.5的介质中比较稳定，48小时内未出现明显的溶解现象；在pH＝6.5的介质中，24小时内缓慢溶解，直到36小时几乎所有纳米粒子全部溶解；在pH＝5.5的介质中，8小时内快速溶解。
对比例1
将双键化的明胶溶解于水中，使最终明胶的浓度在10％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本对比例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间31min，平衡溶胀比为27.5，储能模量在800-1000之间，损耗模量在20-80之间。无pH敏感现象。
对比例2
将双键化的明胶溶解于水中，使最终明胶的浓度在15％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本对比例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间22min，平衡溶胀比为12.5，储能模量在1000-2000之间，损耗模量在20-100之间。无pH敏感现象。
对比例3
将双键化的明胶溶解于水中，使最终明胶的浓度在20％。在上述乳液中加入0.05％(w/v)I2959置于薄层密封容器中于365nm的紫外灯反应器中光照一段后形成纳米复合水凝胶。
本对比例产物的相关性能测定如下：
此水凝胶的凝胶时间16min，平衡溶胀比为12.1，储能模量在8000-10000之间，损耗模量在200-300之间。无pH敏感现象。
比较实施例和对比例所的产物，得到如下结论：
实施例中的可注射性水凝胶的凝胶时间与对比例中接近，说明纳米粒子的加入并不影响可注射性凝胶的凝胶性能，此水凝胶具有可操作性。水凝胶成型后，实施例中的平衡溶胀比略小于对比例，主要是由于低溶胀性的纳米粒子的加入，但未对水凝胶的溶胀性能产生本质的影响，不会影响其对水分和营养物质运输。
实施例中水凝胶中储能模量和损耗模量均高于对比例中的水凝胶，说明具有较好的力学性能。实施例中的水凝胶具有低pH响应的特性，而对比例中没有这个响应。
实施例实现了本发明的目的。但本发明的保护范围不限于实施例。