专利名称：一种光交联壳聚糖水凝胶膜的制备方法
技术领域：
本发明属于天然高分子材料技术领域，具体涉及一种光交联壳聚糖水凝胶膜的制备方法。
背景技术：
在过去的数十年中，新型伤口愈合膜的开发已经引起人们越来越多的注意。普遍认为， 一个理想的伤 口愈合膜不仅要使创面免受细菌感染，而且应当形成生物相容性好、湿润的愈合环境。传统的(非密闭) 伤口愈合膜，只能为伤口提供基本的愈合条件，但仍然是当前市场上的主导产品。伤口愈合水凝胶膜是一 种密闭性膜，能够为伤口提供湿润的愈合环境，其应用前景及其广泛。
由亲水性高分子通过各种交联作用形成的水凝胶，对生物体造成的炎症反应、血栓和组织损伤最低， 展示了其良好的生物相容性。水凝胶是由亲水性的高分子交联而成，可以吸收大量的水份而乂不导致其本 身的溶解，因此水凝胶与生物体的软组织具有相似的特征；此外，水凝胶材料对氧气，营养物质和其它水 溶性的代谢产物具有高渗透性。基于以上的性质，水凝胶材料具有成为理想伤口愈合膜的潜力。举例来说， 一种由聚丙烯酰胺和琼脂交错网络所行成的商品化水凝胶敷料'Gdiperm '，能够为伤口愈合提供良好的 生理条件。这种光滑、有弹性、透明的商品化水凝胶敷料含有96%的结合水。它允许气体分子、无机盐、 代谢产物和蛋白质透过，却能够阻止细菌的侵入。这种水凝胶敷料无毒且不具有无任何刺激性。但是也有 报导指出这种材料仅限用T临时的伤口封闭，因为它对伤口黏附性弱并且结构也非常脆弱，所以这种材料 只能应用于愈合速度较快的干净伤口 ，如供皮区和浅二度烧伤。
最近，Balakrishnan等报道了一种原位形成的水凝胶敷料。这种水凝胶敷料是由明胶与氧化海藻酸盐 在加入微量的硼酸溶液的条件下交联而形成的。跟其它水凝胶材料相比，原位形成水凝胶具有很多优势， 因为它允许水凝胶能够原位形成并黏附在复杂形状的伤口上。现在市场上能够得到的绝大多数以片和膜形 式出售的伤口敷料在对伤口的顺应性上考虑的并不够周到。因此，在顺应性这一点上，原位形成的敷料要 优T这些预制敷料。除了顺应性外，这种材料还贝.有很多成为理想伤口敷料的性质，例如良好的吸水率、 最佳的水蒸气透过率(WVTR)、 一定的抗菌性和可生物降解性。但是，这种原位形成的水凝胶是由反应得 到的海藻酸双醛钠与明胶交联而形成的。根据Draye等的研究结果，微量的双醛可能从水凝胶中被释放出 来而造成水凝胶的细胞毒性。这种情况跟由戊二醛交联的生物材料中会释放戊二醛而造成细胞毒性的情况 相似。在细胞培养的实验中，双醛基材料显示出对细胞复制有很大的影响。
为解决细胞毒性的问题，对于不需要化学交联剂的光交联水凝胶的研究进展非常快。光交联作用也可 以使高分于之间形成共价键而制备水凝胶。这种交联作用可以快速而有效地交联聚合物分子，而且对水凝 胶的形成具有时间和空间上的控制性。最近， 一种紫外光引发交联的壳聚糖水凝胶引起了很多人的关注。 在壳聚糖的氨基上引入乳糖基(乳糖酸沐叠氮基(叠氮苯甲酸)以得到这种壳聚糖的衍生物。乳糖基取代的壳 聚糖衍生物能够在中性pH值的水溶液中溶解，叠氮基使这种壳聚糖衍生物可以发生光交联作用。
本专利发明了一种新型的光交联壳聚糖水凝胶膜。首先，对壳聚糖的进行羟丙基取代，提高壳聚糖的 水溶性；然后，在壳聚糖的-N位引入光可交联基团，叠氮基团；用紫外光照射这种壳聚糖衍生物的溶液可 以制备具有生物黏附性的壳聚糖水凝胶膜。结果表明，这种光交联壳聚糖水凝胶膜具有方便使用、顺应性 良好、舒适度高的特点，对T病人伤口的恢复非常有益；它还具有在创伤面保持一个较长时期的最佳湿润 环境以及促细胞迁移的优点。这种壳聚糖水凝胶膜的生物相容性良好，作为伤口敷料具有很广的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备光交联壳聚糖水凝胶膜的方法。
本发明所提供的制备光交联壳聚糖水凝胶膜的方法，以壳聚糖为起始物，首先在异丙醇溶剂中进行碱 化，然后以四甲基氢氧化铵作为催化剂，与环氧丙垸反应得到6-0取代的羟丙基壳聚糖；羟丙基壳聚糖的 氨基与4-叠氮苯甲酸在一定条件下发生酰化反应，引入光反应活性的叠氮基团，得到光可交联的壳聚糖； 然后以紫外光照射一定浓度的光可交联壳聚糖的水溶液数秒，得到壳聚糖的水凝胶膜。
上述方法中，壳聚糖与异丙醇的配比为0.05 10g/ml，当反应物壳聚糖的质量为25g时，33% (质量分数)的氢氧化钠溶液的用量为10~100ml。
上述方法中，催化剂10%的四甲基氢氧化铵水溶液的用量为10~100ml，环氧丙烷的用量为100~1000 ml，反应时间为5 50小时。
上述方法中，羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化反应条件为当羟丙基壳聚糖的质量为10g时，50 mMN，N,N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)溶液的用量为l~200ml, 二环己基碳二亚胺(EDC)的用量为0.1-10 g， 4-叠氮苯甲酸的用量为0.1 10mg，
上述方法中，羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化反应的时间为l~100h。
上述方法中，形成光交联壳聚糖凝胶膜所需要的光可交联壳聚糖的浓度为1 80mg/ml，所需要的紫外 光的功率为1-100 W，波长为200 500nrn，照射时间为1~1000 s。
本发明提出的光交联壳聚糖膜的制备的具体操作步骤如下制备羟丙基壳聚糖，25 g的壳聚糖加入 2.5~500 ml异丙醇中搅拌30分钟，加入10~100 ml 33% (质量分数)的氢氧化钠溶液，搅拌1 h后-20 'C 下冷冻。然后，加入10~100ml 10%(体积分数)的四甲基氢氧化铵水溶液，再加入100 1000ml环氧丙烷， 室温下搅拌反应I小时，反应温度缓慢上升至60 r,反应时间为5 50h。用乙醇溶液沉淀反应产物，过 滤，用95%的乙醇洗涤两遍，用去离子水溶解，透析、冻干即得到6-0位取代的羟丙基壳聚糖。制备光可 交联壳聚糖，0g的上述羟丙基壳聚糖溶解于l 200m的50mM的TEMED水溶液中，加入0.1 10g的 EDC和0.1 10g的4-叠氮苯甲酸，室温搅拌反应l 100h，透析、冻干得到光可交联壳聚糖。制备光交联 壳聚糖水凝胶膜，400 ^浓度为1~80 mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7 cm培养皿内。以波 长为200-500 nm，功率为1~100 W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间1~1000 s， 得到光交联壳聚糖水凝胶膜。
与现有水凝胶膜相比，本发明具有如下特点首先，壳聚糖是天然生物高分子，来源极为广泛、安全 无毒，价格低廉，与合成高分子相比，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此壳聚糖水凝胶膜作为 伤口敷料具有很高的环境友好性和生物安全性。其次，本发明一改过去通过化学交联来制备水凝胶膜的方 法，而采用光交联的方法，降低了水凝胶膜对生物体的毒性。通过对本发明所涉及的光交联壳聚糖水凝胶 膜吸水率、水蒸气透过率、水分保留和黏附强度的测定表明，这种水凝胶作为伤口敷料，可以在创伤面上 较长时间地维持一个湿润环境，从而可以促进伤口的上皮化，加速伤口的愈合。因此，本发明无论在生物 相容性方面还是医学应用方面都存在许多优越性，具有很好的开发前景。
图1 a和b为光交联壳聚糖水凝胶膜的环境扫描电子显微镜图片 c为脱水的光交联壳聚糖水凝胶膜的扫描电子显微镜图片
具体实施例方式
以下利用实施例进一步详细说明本发明，但不能认为是限定发明的范围。 实施例l:水溶性羟丙基壳聚糖的制备
40 g壳聚糖加入250 ml异丙醇中搅拌30分钟。然后在混合物加入30 ml氢氧化钠溶液(33%， w/v)。 混合溶液搅拌1 h后在室温下加入烧瓶并密封，并在-20 'C下冷冻过夜。滴加40 ml 10% (v/v)的催化剂溶 液(四甲基氢氧化铵)到混合物中，然后再加入400 ml环氧丙烷。室温下搅拌反应lh，反应温度缓慢上 升至60 'C，反应时间为7h。将反应液加入到4倍体积的乙醇溶液中，得到沉淀，用10倍体积的乙醇洗 涤沉淀两遍，用去离子水重新溶解沉淀，透析、冻干即得到高纯度的羟丙基壳聚糖。
实施例2:光可交联壳聚糖的制备
取10 g制备的羟丙基壳聚糖溶解于50 m的50 mM TEMED溶液中搅拌，搅拌直到羟丙基壳聚糖全部 溶解，加入5g的EDC和10g的4-叠氮苯甲酸。室温25'C的条件下搅拌反应50h。在去离子水中透析两 天、冻干得到光可交联壳聚糖。实施例3:光交联壳聚糖水凝胶膜的制备
400 pl浓度为40 mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7 cm培养皿内。以波长为365 nm，功 率为20 W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间500 s，得到膜厚约为0.1 mm的光交 联壳聚糖水凝胶膜。
实施例4:以天然高分子壳聚糖为起始物，光交联壳聚糖水凝胶膜的制备
100g壳聚糖加入250ml异丙醇中搅拌30分钟。然后在混合物加入20 ml氢氧化钠溶液(33%， w/v)。 混合溶液搅拌1 h后在室温下加入烧瓶并密封，并在-20 "C下冷冻过夜。滴加50 ml 10% (v/v)的催化剂溶 液(四甲基氢氧化铵)到混合物中，然后再加入200 ml环氧丙烷。室温下搅拌反应lh，反应温度缓慢上 升至60'C，反应时间为10h。将反应液加入到4倍体积的乙醇溶液中，得到沉淀，用10倍体积的乙醇洗 涤沉淀两遍，用去离子水重新溶解沉淀，透析、冻干即得到高纯度的羟丙基壳聚糖。取10g制备的羟丙基 壳聚糖溶解于100ml的50mMTEMED溶液中搅拌，搅拌直到羟丙基壳聚糖全部溶解，力n入0.5 g的EDC 和5 g的4-叠氮苯甲酸。室温25 'C的条件下搅拌反应50 h。在去离子水中透析两天、冻干得到光可交联壳 聚糖。
400 ^浓度为0 mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7 cm培养皿内。以波长为365 nm，功 率为40 W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间10 s,得到膜厚约为0.1 mm的光交联 壳聚糖水凝胶膜。
实施例5:光交联壳聚糖水凝胶膜的形态
把含水的光交联壳聚糖水凝胶膜放置在环境温度4 。C的环境扫描电子显微镜(FEI Quanta-200)的 Peltier冷台上，在电压为20 kV，样品室水蒸气压强为4.0至4.7 Torr的条件下观测此水凝胶膜的形态见附 图1 。冷冻干燥得到脱水的光交联壳聚糖水凝胶膜，在高压、0.1 Torr、 1.2 kV和50 mA的条件下，用Hitachi IB-2喷涂机在脱水的光交联壳聚糖水凝胶膜表面喷涂500x10-8 cm厚的金箔，在扫描电子显微镜下观测脱 水的光交联壳聚糖水凝胶膜的形态见附图1。
权利要求
1、一种光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于是由下述过程制备获得以壳聚糖为起始物，首先在异丙醇溶剂中进行碱化，然后以四甲基氢氧化铵作为催化剂，与环氧丙烷反应得到6-O取代的羟丙基壳聚糖；羟丙基壳聚糖的氨基与4-叠氮苯甲酸在一定条件下发生酰化反应，引入光反应活性的叠氮基团，得到光可交联的壳聚糖；然后以紫外光照射一定浓度的光可交联壳聚糖的水溶液数秒，得到壳聚糖的水凝胶膜。
2、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于壳聚糖与异丙醇的配比为0.05-10 g/ml， 当壳聚糖的质量为25g时，33% (质量分数)的氢氧化钠溶液的用量为10-100 ml。
3、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于催化剂10%的四甲基氢氧化铵水溶液 的用量为10~100ml，环氧丙烷的用量为100-1000 ml，反应时间为5~50小时。
4、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化 反应条件为当羟丙基壳聚糖的质量为10g时，50mMN,N,N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)溶液的用量为 l~200ml， 二环己基碳二亚胺(EDC)的用量为0.1 10g， 4-叠氮苯甲酸的用量为0.1~10 mg。
5、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化 反应的时间为l~100h。
6、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于形成光交联壳聚糖凝胶膜所需要的光 可交联壳聚糖的浓度为l~80mg/ml。
7、 根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于形成光交联壳聚糖凝胶膜所需要的紫 外光的功率为1~100 W，波长为200~500 nm，照射时间为1-1000 s。
8、 一种光交联壳聚糖水凝胶膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下制备羟丙基壳聚糖，25 g的 壳聚糖加入2.5 500ml异丙醇中搅拌30分钟，加入10~100 ml 33% (质量分数)的氢氧化钠溶液，搅拌1 h后-20。C下冷冻。然后，加入10~100 ml 10%(体积分数)的四甲基氢氧化铵水溶液，再加入IO(MOOO ml 环氧丙烷，室温下搅拌反应lh，反应温度缓慢上升至6(TC，反应时间为5 50h。用乙醇溶液沉淀反应产 物，过滤，用95%的乙醇洗涤两遍，用去离子水溶解，透析、冻干即得到6-0位取代的羟丙基壳聚糖。制 备光可交联壳聚糖，10 g的上述羟丙基壳聚糖溶解于1~200 ml的50 mM的TEMED水溶液中，加入.1~10 g的EDC和0.1 10 g的4-叠氮苯甲酸，室温搅拌反应1 100 h，透析、冻干得到光可交联壳聚糖。制备 光交联壳聚糖水凝胶膜，400 ^浓度为1~80 mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7 cm培养皿内。 以波长为200-500 nm，功率为1~100 W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间1~1000 s, 得到光交联壳聚糖水凝胶膜。
全文摘要
本发明公开了一种制备光交联壳聚糖水凝胶膜的方法。本发明是以生物相容性高分子壳聚糖为起始物，通过对其进行化学修饰，在6-O位和N位分别引入羟丙基和叠氮基团，得到水溶性的光可交联壳聚糖；以紫外光照射这种光可交联壳聚糖的水溶液而得到壳聚糖水凝胶得到光交联壳聚糖水凝胶膜。所述光交联壳聚糖水凝胶膜，通过物理方法紫外光交联而形成壳聚糖水凝胶膜，避免了具有生物毒性的化学交联，提高了壳聚糖水凝胶膜的生物相容性，使其临床应用成为可能。本发明为壳聚糖水凝胶膜的临床应用提供了一条新的途径。
文档编号C08J5/18GK101530629SQ20091002484
公开日2009年9月16日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者凯 凌, 许正宏, 坚 金, 陈敬华 申请人:江南大学