本发明涉及高分子聚合物领域，具体涉及一种透明质酸交联凝胶及其制备方法与应用。
背景技术：
透明质酸是由D-葡糖醛酸和N-乙酰-D-葡糖胺的交替残基组成的杂多糖。在体内正常生理条件下，透明质酸的糖醛酸分子上羧基与体内钠离子结合而形成透明质酸钠。独特的分子结构和理化性质使透明质酸钠在机体内显示出多种重要的生理功能，例如促进成纤维细胞增殖、心血管形成、润滑关节、促进伤口愈合等。
未经修饰的透明质酸钠在体内很容易被透明质酸酶等降解，降解吸收速度较快，从而影响其在临床上的应用。因此，可以通过交联使透明质酸钠分子链加大，以延长其在体内降解时间，从而扩大其在临床的应用范围。
透明质酸钠的自身交联是指透明质酸钠的羧基经交联剂活化后，与相同或不同的透明质酸钠的羟基发生酯化反应。与其他交联反应相比，透明质酸钠的自身交联产物中无交联剂分子嵌入，因此其生物相容性与未经修饰的透明质酸钠分子一致，但是由于其分子链的增大，其力学性能增强，水溶性相对降低，从而使其在体内的降解时间延长。
透明质酸交联凝胶目前在组织填充方面有广泛的应用。上市的产品中，常用的交联剂包括1,4-二丁基二缩水甘油醚(BDDE)，二乙烯基砜，1,2,7,8-二环氧辛烷等。虽然交联后的透明质酸表现出良好的耐酶解性能，在体内的降解时间得到延长，但是交联剂的使用难免带来生物安全性的风险。因此，许多研究致力于在减少交联剂使用的前提下，保持透明质酸交联凝胶良好的物理化学性质，从而能更好的使用在临床上。
瑞蓝(Restylane)等市面上常见的软组织填充产品一般使用BDDE单一的交联剂，而目前未修饰的透明质酸分子量一般不超过百万的级别。因此为了延长透明质酸凝胶的降解时间，又保证极低的交联剂残留量，需要严格控制交联剂的使用量和复杂的交联剂去除工艺。
专利文献CN1200951C采用多种交联剂制备透明质酸多重交联产物。该专利公布了使用不同类型的交联剂，分别对透明质酸进行醚化、酯化、酰胺化等不同方式的修饰。但是，透明质酸不同基团与交联剂反应的条件不同，例如醚化反应常在碱性环境中发生，而酯化反应常在酸性或中性的条件下发生。另外，多种交联剂的添加，增加了产物的安全性风险。
专利文献CN102863631A使用含环氧基的长链烷烃及含环氧基的交联剂制备交联质酸凝胶。该专利制备的透明质酸凝胶的羧基连接含有6-18个碳原子的长链烷烃，同时透明质酸的羟基通过含环氧基的交联剂连接。长链烷烃的引入并不能明显增加透明质酸的分子量，只是增加了其疏水的性能。另外，透明质酸钠的羧基直接与长链烷烃发生反应的效率并不高，且根据经验此反应过程通常是在非质子化溶剂，如二甲基亚砜(DMSO)中进行，因此增加了反应的复杂程度。
专利文献CN104086788A在两种pH条件下制备两种不同交联度的凝胶，再通过混合使两种凝胶进行二次交联。两种不同交联度的凝胶都是使用同一种交联剂制备而得，通过交联剂的添加量不同，得到交联程度不同的凝胶。但是二次交联是通过透明质酸网状穿插来实现的，交联度很难量化，因此不利于大规模的产业化。另外，该专利公布的二次交联技术使用同一种交联剂，因此在减少交联剂使用量方面，并没有明显优势。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种透明质酸交联凝胶的制备方法。本发明将透明质酸常规的交联技术与自交联工艺相结合，从而在减少常规交联剂的使用情况下，使透明质酸表现出更加优异的凝胶性能。本发明提供的方法可以降低交联剂的用量，增加透明质酸交联凝胶的生物相容性，从而保证了临床应用时的安全性。
具体而言，本发明提供的方法包括：以透明质酸或其盐为原料，在自交联催化剂的作用下进行自交联反应以及与交联剂进行分子间交联反应。本发明所述自交联反应与分子间交联反应依次进行，且二者的先后顺序不限。
其中，所述交联反应为本领域内常规的反应。所述自交联反应优选为：向反应体系中加入自交联催化剂，于0℃～80℃发生自交联反应，反应结束后在水中对反应液进行透析，透析后的溶液干燥后即可。
本发明所述透明质酸或其盐的分子量为50万～200万道尔顿，优选为80万～120万道尔顿。在实际操作中，所述透明质酸或其盐可选用透明质酸钠。
本发明采用的自交联催化剂为水溶性碳化二亚胺或2-氯-N-吡啶盐；优选为二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、2-氯-N-十二烷基吡啶盐碘化物或2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物；更优选为2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物。作为本发明的优选方案，所述自交联催化剂与透明质酸或其盐的摩尔比为1：2～100，优选为1:50～100。
本发明采用的交联剂可选用与透明质酸或其盐发生酯化、醚化、酰胺化等反应的交联剂，优选为酯化交联剂或醚化交联剂，进一步优选为醚化交联剂。根据交联反应类型不同，其使用的交联剂和交联反应条件也不同。酯化反应一般是透明质酸的羧基在酸性或中性条件下发生的，交联剂可以选择多元醇、碳化二亚胺或双/多环氧化物。醚化反应一般是透明质酸的羧基在中性或者碱性的条件下发生的，交联剂可以选择戊二醛、二乙烯基砜、1,2,7,8-二环氧辛烷或1,4丁二醇二缩水甘油醚。
作为本发明的优选方案，所述交联剂优选为醚化交联剂，即所述交联剂与透明质酸或其盐发生醚化反应；具体可选用二乙烯基砜、1,2,7,8-二环氧辛烷或1,4丁二醇二缩水甘油醚。采用上述优选的交联剂可确保自交联反应与交联反应更好地发挥协同作用，制备得到的凝胶具有更好的弹性模量和更低的降解率。
作为本发明的优选方案，所述交联剂与透明质酸或其盐的摩尔比为1：2～200。
作为本发明的一种优选方案，所述方法包括以下步骤：
(1)在透明质酸或其盐溶液中加入自交联催化剂，充分反应后，透析去除所述自交联催化剂，得自交联产物；
(2)在所述自交联产物的溶液中加入交联剂，所述交联剂与透明质酸钠的摩尔比为1：2～200；充分反应后，即得。
上述反应过程中，步骤(1)所述透明质酸或其盐溶液的浓度优选为0.5％-2.5％，优选为0.5～1.5％；所述溶液中，采用的溶剂为水。所述自交联催化剂与透明质酸或其盐的摩尔比为1：2～100，优选为1：50～100。
进行步骤(2)的交联反应时，所述自交联产物溶液的浓度1％-5％，优选为2.5-5％；所述溶液中，采用的溶剂为酸溶液(如0.5％的HCl溶液)或碱溶液(如0.5％的NaOH溶液)。所述交联剂与步骤(1)中使用的起始透明质酸或其盐的摩尔比为1:2～200，优选为1:80～200。
进一步优选地，所述方法包括以下步骤：
(1)将分子量为80～100万道尔顿的透明质酸钠溶解于水中，充分搅拌，制备成浓度为0.5～1.5％的透明质酸钠溶液；向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加2-氯-N-吡啶盐，所述2-氯-N-吡啶盐与透明质酸钠的摩尔比为1：50～100，充分搅拌后静置反应；透析去除2-氯-N-吡啶盐，干燥，得自交联产物；
(2)将所述自交联产物溶解于酸或碱溶液中，充分搅拌，制备成浓度为3～5％的溶液，加热至30～50℃后，缓慢滴加酯化交联剂或醚化交联剂，所述交联剂与步骤(1)所述透明质酸钠的摩尔比为1:100～200，充分搅拌后静置反应，去除未反应的交联剂，干燥，即得。
作为本发明的一种优选方案，所述方法包括以下步骤：
(1)在透明质酸或其盐溶液中加入交联剂，所述交联剂与透明质酸钠的摩尔比为1：2～200；充分反应后，得交联产物；
(2)在所述交联产物的溶液中加入自交联催化剂，充分反应后，透析去除所述自交联催化剂，即得。
上述反应过程中，步骤(1)所述透明质酸或其盐溶液的浓度优选为0.2％～8％，优选为3～6％；所述溶液中，采用的溶剂为酸溶液(如0.5％的HCl溶液)或碱溶液(如0.5％的NaOH溶液)。所述交联剂与透明质酸或其盐的摩尔比为1:2～200，优选为1:100～200。
进行步骤(2)的自交联反应时，所述交联产物溶液的浓度0.2％～5％，优选为0.5～2％；所述溶液中，采用的溶剂为水。所述自交联催化剂与步骤(1)中使用的起始透明质酸或其盐的摩尔比为1：2～100，优选为1：50～100。
进一步优选地，所述方法包括以下步骤：
(1)将分子量为80～100万道尔顿的透明质酸钠溶解于酸或碱溶液中，充分搅拌，制备成浓度为3～5％的透明质酸钠溶液；在40～60℃条件下向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加酯化交联剂或醚化交联剂，使所述交联剂与透明质酸钠的摩尔比为1:100～200，在40～60℃下充分搅拌反应，去除未反应的交联剂，干燥，得到交联产物；
(2)将所述交联产物溶解于水中，充分搅拌，配置成浓度为0.8～1.2％的溶液，向所述溶液中缓慢滴加2-氯-N-吡啶盐，使所述2-氯-N-吡啶盐与步骤(1)所述透明质酸钠的摩尔比为1:50～100，充分搅拌后静置反应；透析去除2-氯-N-吡啶盐，干燥，即得。
作为本发明的最优选方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将分子量为80～100万道尔顿的透明质酸钠溶解于水中，充分搅拌，制备成浓度为0.5～1.5％的透明质酸钠溶液；向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物，所述2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物与透明质酸钠的摩尔比为1：50～100，充分搅拌后静置反应；透析去除2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物，干燥，得自交联产物；
(2)将所述自交联产物溶解于碱溶液中，充分搅拌，制备成浓度为3～5％的溶液，加热至30～50℃后，缓慢滴加1,4丁二醇二缩水甘油醚，所述1,4丁二醇二缩水甘油醚与步骤(1)所述透明质酸钠的摩尔比为1:100～200，充分搅拌后静置反应，去除未反应的1,4丁二醇二缩水甘油醚，干燥，即得。
为了获得能够实际应用的透明质酸交联凝胶，进一步满足软组织填充的需要，本发明所述方法还包括对上述方法制备而成的凝胶进行进一步处理。
具体为：将上述方法制备而成的凝胶放置于磷酸缓冲液(pH7.0～7.4)中充分溶胀，然后将溶胀的凝胶粉碎过筛，收集粒径范围在200～700μm的凝胶颗粒，同润滑剂进行混合，装入灭菌后的一次性注射器中，使用高压蒸汽灭菌，既得用于组织填充的透明质酸交联凝胶。
或，将上述方法制备而成的凝胶放置于磷酸缓冲液(pH 7.0～7.4)中充分溶胀，然后将溶胀的凝胶机械粉碎，不通过筛分直接同润滑剂进行混合。混合后装入灭菌后的一次性注射器中，使用高压蒸汽灭菌，既得用于组织填充的透明质酸交联凝胶。
其中，所述润滑剂为未交联的透明质酸、注射用水或注射用生理盐水。
本发明同时保护所述方法制备而成的透明质酸交联凝胶。
本发明提供的透明质酸交联凝胶能够满足软组织填充的需要，本发明进一步保护所述透明质酸交联凝胶在制备软组织填充材料中的应用。
本发明提供的方法将透明质酸常规的交联技术与自交联工艺相结合，有效的降低了常规交联剂的使用量，在减少常规交联剂的使用情况下，使透明质酸表现出更加优异的凝胶性能，使用本发明方法制备的透明质酸凝胶能够满足组织填充所要求的理化性能和生物相容性。
经比较，本发明提供的方法中交联剂的用量比单独使用常规交联剂进行分子间交联时交联剂的用量降低3～5倍，由于交联剂的使用量减少，且自交联反应中的自交联催化剂并不会融入透明质酸凝胶的结构中，大大降低了产物的毒性，使本发明提供的方法制备的透明质酸交联凝胶具有良好的生物相容性，且具有更加优异的凝胶性能，确保本发明提供的透明质酸交联凝胶能够满足软组织填充的材料的技术要求。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
按照以下步骤制备透明质酸钠交联凝胶：
(1)将分子量为100万道尔顿的透明质酸钠溶解于纯化水中，制备成浓度为1.5％的溶液，搅拌使透明质酸钠充分溶解；向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物(CMPI)，使CMPI与透明质酸钠的摩尔比为1:50，充分搅拌混匀后，室温静置12h；使用透析袋对混合溶液进行透析，定时更换一次透析用纯化水，去除CMPI，冷冻干燥得到自交联产物；
(2)将所述自交联产物溶解于0.5％NaOH中，配置成4％溶液。加热至40℃后缓慢滴加交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE),使加入BDDE与初始透明质酸钠的摩尔比为1:100。充分搅拌后静置12h，乙醇沉淀除去未反应的交联剂，干燥得到透明质酸交联凝胶。
实施例2
按照以下步骤制备透明质酸钠交联凝胶：
(1)将分子量为100万道尔顿的透明质酸钠溶解于纯化水中，制备成浓度为2％的溶液，搅拌使透明质酸钠充分溶解；向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物(CMPI)，使CMPI与透明质酸钠的摩尔比为1:100，充分搅拌混匀后，室温静置12h；使用透析袋对混合溶液进行透析，定时更换一次透析用纯化水，去除CMPI，冷冻干燥得到自交联产物；
(2)将所述自交联产物溶解于0.5％HCl中，配置成4％溶液。缓慢滴加碳化二亚胺(EDC)，使加入EDC与初始透明质酸钠的摩尔比为1:80，充分搅拌后静置12h；采用乙醇进行沉淀，将沉淀产物装入透析袋透析除去未反应的交联剂，干燥得到透明质酸交联凝胶。
实施例3
按照以下步骤制备透明质酸钠交联凝胶：
(1)将分子量为100万道尔顿的透明质酸钠溶解于0.5％NaOH中，制备成浓度为4％的溶液，搅拌使透明质酸钠充分溶解；在50℃条件下向所述透明质酸钠溶液中缓慢滴加1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)，使BDDE与透明质酸钠的摩尔比为1:100，充分搅拌混匀后，50℃搅拌5h；乙醇沉淀除去未反应的交联剂，干燥得到交联产物；
(2)将所述交联产物溶解于纯化水中，配置成1％溶液，向溶液中缓慢滴加2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物(CMPI)，使CMPI与透明质酸钠的摩尔比为1:50，充分搅拌混匀后，室温静置12h；使用透析袋对混合溶液进行透析，定时更换一次透析用纯化水，去除CMPI，干燥得到透明质酸交联凝胶。
对比例1
分子量为100万道尔顿的透明质酸钠溶解于0.5％NaOH中，制备成浓度为4％的溶液。搅拌使透明质酸钠充分溶解。在50℃条件下向透明质酸钠溶液中缓慢滴加1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)，使BDDE与透明质酸钠的摩尔比为1:20，充分搅拌混匀后，50℃搅拌5h。乙醇沉淀除去交联剂，干燥得到交联产物。
对比例2
将分子量为100万道尔顿的透明质酸钠溶解于纯化水中，制备成浓度为2％的溶液，搅拌使透明质酸钠充分溶解，向透明质酸钠溶液中缓慢滴加2-氯-1-甲基吡啶鎓碘化物(CMPI)，使CMPI与透明质酸钠的摩尔比为1：25，充分搅拌混匀后，室温静置12h，使用透析袋对混合溶液进行透析，定时更换一次透析用纯化水，去除CMPI，冷冻干燥得到自交联产物。
取实施例1～3和对比例1、2制备得到的透明质酸钠交联凝胶，分别检测其流变特性和体外降解率。其中，流变特性是评价凝胶粘弹性能的重要指标之一，包括凝胶的弹性模量(G’)表征，G’高表示凝胶更具有弹性，凝胶硬度大；在相同制备工艺下，交联程度越高，凝胶表现出越大的弹性，即G’越高。体外降解是衡量透明质酸交联程度和分子量大小的指标之一，体外降解速率越慢，说明凝胶的三维结构越紧密，分子量越大。
所述指标的检测方法具体为：
(1)G’：通过旋转流变仪检测，取频率扫描0.1HZ处的G’。
(2)体外降解率：称取凝胶0.1g，充分膨胀后放置于10ml含有透明质酸酶的PBS溶液中，透明质酸酶含量为50units/ml。酶解24小时候，过滤，使用葡萄糖醛酸发检测滤液中游离透明质酸含量。
检测结果如表1所示。
表1：透明质酸钠凝胶性能检测结果
由表1所示结果可知，实施例1～3制备得到的透明质酸钠交联凝胶的弹性模量优于对比例1和2，且24小时内的降解率低于对比例1和2。且实施例1～3使用的常规交联剂是对比例1的1/4-1/5，证明本发明提供的方案能够在减少分子间交联剂使用的条件下，制备出性能更加优异的透明质酸钠交联凝胶。
实施例4
将实施例1得到的透明质酸钠交联凝胶放置于磷酸缓冲液(pH7.0～7.4)中充分溶胀，然后将溶胀的凝胶粉碎过筛，收集粒径范围在200～350μm的凝胶颗粒，同未交联的透明质酸进行混合，混合后未交联透明质酸含量为4mg/ml，混合后装入灭菌后的一次性注射器中，使用高压蒸汽灭菌121℃灭菌15min，即得。
参照YYT 0962-2014整形手术用交联透明质酸钠凝胶标准，对本实施例所得的透明质酸钠交联凝胶进行检测，检测结果如表2所示。
表2：透明质酸钠交联凝胶性能检测结果
由表2所得结果可知，本实施例所得的透明质酸钠交联凝胶性能优异，可用于软组织填充。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。