一种可光交联水凝胶及其制备方法与流程

本发明属于水凝胶领域，特别涉及一种可光交联水凝胶及其制备方法。

背景技术：

水凝胶是一种能够在水中发生溶胀并能保持大量水分而又不会溶解的亲水交联三维聚合物网络材料。水凝胶吸水性能优越，且具有较好的对外界环境的应答性、贮存稳定性、强度及柔软性，展现出良好的生物相容性，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有很高的应用价值。

水凝胶的交联方式通常有化学交联、物理交联、高能辐射交联、光交联等。光交联方法可在常温、常压下数分钟内快速成型，且反应条件温和，过程容易控制，特别适合用于制备生物医用材料，尤其是可注射型水凝胶材料。

角蛋白是一种广泛存在于动物皮肤及皮肤附属物，如毛发、蹄、壳、爪、角、鳞片等的主要结构蛋白，水溶性低。从一级结构上看，角蛋白富含半胱氨酸残基和大量二硫键。以羊毛角蛋白为例，其半胱氨酸含量约占所有氨基酸总量的10-30％，并通过二硫键的形式构成稳定的空间立体网状结构。此外，大量研究表明，角蛋白是一种生物相容性好且不被机体免疫排斥的优质生物材料。最为突出的是，经过对羊毛等来源的角蛋白进行氨基酸序列测定发现，其含有类细胞外基质的arg-gly-asp(rgd)三肽序列，表现出良好的细胞粘附行为。目前，角蛋白已被研究用于创伤敷料、人造骨以及神经修复等方面，且有部分产品被应用于临床。

近几年已有研究报道角蛋白水凝胶的制备方法。这些方法有的成胶时间长，需10几个小时或几天时间；有的方法所得的角蛋白水凝胶力学强度低；有的方法需要借助有毒的化学交联剂，如戊二醛等，才能形成三维交联网络结构。这些问题都在一定程度上制约了角蛋白水凝胶的深层次应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可光交联水凝胶及其制备方法，该水凝胶成胶时间短，力学强度高，并可用于体内注射成胶，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。

本发明的一种可光交联水凝胶，所述水凝胶的基材包括角蛋白，所述角蛋白中含有多个自由巯基。

所述角蛋白来源于人发、羊毛、家禽羽毛、牛角或指甲等含有角蛋白的材料。

所述基材为角蛋白或与其它无机或有机材料组成的复合物。

本发明的一种可光交联水凝胶的制备方法，包括：

将角蛋白按质量浓度5-20％溶于缓冲溶液中，然后加入占角蛋白质量5-20％的光引发剂，50℃-60℃充分溶解后置于紫外灯下照射，形成可光交联水凝胶。

所述光引发剂为irgacure2959。

另外加入占角蛋白质量0.5-3％的还原剂，促使角蛋白中固有的二硫键断裂形成新的自由巯基，达到缩短成胶时间和提高凝胶力学强度的效果。

所述还原剂为半胱氨酸、二硫苏糖醇、谷胱甘肽、硫醇或焦亚硫酸钠，或者具有还原性的角蛋白或肽，或者其它具有还原性的蛋白质或肽等能够引发二硫键断裂并形成自由巯基的物质。

本发明成胶过程无需借助任何化学交联剂，充分利用角蛋白自身丰富的自由巯基在紫外照射下形成新的二硫键交联网络结构。

本发明成胶时间短，力学强度高，生物相容性好，并适用于体内注射成胶，是一种良好的可注射型生物医用水凝胶材料。

有益效果

(1)本发明制备过程避免使用任何化学交联剂，充分利用角蛋白自身丰富的自由巯基在紫外照射下形成新的二硫键交联网络结构；该方法条件温和，不涉及有毒试剂，生物相容性好；

(2)本发明的水凝胶材料成胶时间短，力学强度高，并可用于体内注射成胶，在生物医学、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。

附图说明

图1为实施例1所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图2为实施例2所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图3为实施例3所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图4为实施例4所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图5为实施例5所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图6为实施例6所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图7为实施例7所得角蛋白凝胶的成胶倒置图；

图8为实施例8所得角蛋白凝胶的流变测试图；

图9为按照实施例8方法所得对照样凝胶的流变测试图；

图10为实施例8所得角蛋白凝胶的压缩强度测试图；

图11为按照实施例8方法所得对照样凝胶的压缩强度测试图；

图12为实施例9所得体内角蛋白凝胶可注射图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

向2ml的pbs缓冲液中加入0.0005g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.1g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在4天内形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图1。

实施例2

向2ml的pbs缓冲液中加入0.003g的二硫苏糖醇粉末，再加入0.01g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.1g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在50min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图2。

实施例3

向2ml的pbs缓冲液中加入0.003g的谷胱甘肽粉末，再加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.2g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在20min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图3。

实施例4

向2ml的pbs缓冲液中加入0.0045g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.3g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在15min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图4。

实施例5

向2ml的pbs缓冲液中加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.3g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在10h形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图5。

实施例6

向2ml的pbs缓冲液中加入0.006g的半胱氨酸粉末，再加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.4g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在5min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图6。

实施例7

向2ml的pbs缓冲液中加入0.02g的irgacure2959，于50℃下充分溶解，然后加入0.4g的角蛋白粉末。搅拌溶解后放于紫外灯下照射。该方法可在20min形成角蛋白凝胶，即可光交联水凝胶。该凝胶的实物图见图7。

实施例8

为了突出溶解过程中添加还原剂对提高材料力学强度的显著作用，按照实施例4和5中所述的制备方法制备角蛋白凝胶，并对其材料强度进行测试。

分别对实施例4和5中所述的凝胶进行流变学测试，结果如图8和图9所示。很明显，实施例4中引入一定量的还原剂，所得凝胶的g’值显著高于实施例5中所得的凝胶，说明引入一定量的还原剂能够显著提高角蛋白凝胶的力学强度。

分别对实施例4和5中所述的凝胶进行压缩强度的测试，结果如图10和图11所示。实施例4中所得的凝胶的压缩强度达到85kpa以上，而实施例5中所得的凝胶仅为45kpa。以上结果均表明，引入一定量的还原剂能够有效提高角蛋白凝胶的力学强度。

实施例9

按照实施例4中所述的制备方法制备角蛋白凝胶，吸取200μl注射到小白鼠的背部，如图12所示，紫外灯下照15min后发现在小鼠背部皮下形成凝胶块。由此可知，本发明所提供的可光交联水凝胶的制备方法可用于体内注射成胶。