一种壳聚糖衍生物水凝胶及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种壳聚糖衍生物水凝胶及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是一类高含水但又不溶于水的网络结构材料，作为一种软质水性材料，水 凝胶具有良好的生物相容性。因此，该类材料在食品、化妆品、医药等多个领域得到广泛应 用。在水凝胶中有一类水凝胶具有温度敏感性，如聚(N-异丙基丙烯酰胺）(PNIPAM)水凝胶， 在温度低于25°C时溶胀，在温度高于25°C时收缩。三嵌段共聚物PE0-PP0-TO0(商品名 Poloxamers)也具有温敏性，随着温度的变化，材料会发生溶胶和凝胶状态的转变，具有这 种特征的材料可以作为可注射性水凝胶使用，材料在体外为溶胶状态，注入人体后形成凝 胶状态，其在生物医用领域具有潜在的应用前景。
[0003] 聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶和三嵌段共聚物ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0均为合成类材料，在 生物相容性和生物可降解性方面仍具有一定的局限性，因此以天然高分子为材料制备高生 物相容性水凝胶成为研究的新方向。壳聚糖是一类重要的天然多糖材料，具有高生物相容 性、可生物降解性以及广谱抗菌性。一些研究者已经开始采用壳聚糖制备温敏水凝胶，专利 (中国公开号CN 102399378 B)公开了壳聚糖与β-甘油磷酸钠组成的温敏体系，但该体系内 甘油磷酸钠需要满足一定的浓度。专利（中国公开号CN 104479150 Α)公开了一种多重交 联多糖可注射型水凝胶的制备方法，以醛基化改性的多糖类高分子与壳聚糖反应得到水凝 胶，但是该水凝胶没有温敏性。专利（中国公开号CN 104258426 Α)公开了一种可注射pH敏 感型自修复水凝胶，该水凝胶由壳聚糖和两端醛基化的聚乙二醇构成，两者在室温下短时 间混合即可形成原位凝胶，但并未涉及凝胶是否存在温敏性。
[0004] 本发明开发了一种具有双亲性接枝嵌段结构的壳聚糖衍生物，嵌段结构包含疏水 性的碳氢链段和亲水性的聚醚链段，低温下呈溶胶状态，高温(如体温)下成凝胶状态，可作 为一种可注射型水凝胶使用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种壳聚糖衍生物水凝胶及其制备方法和应用。
[0006] 本发明所采取的技术方案是： 一种壳聚糖衍生物水凝胶，其结构式如下：
式中，m为930~1550的任意自然数，η为2~19的任意自然数，R为C8~C18的直链碳氢基 团。
[0007] 对应上述结构式的壳聚糖衍生物水凝胶的制备方法，包括以下步骤： 1) 将脂肪醇聚醚用溶剂溶解，加入二甲亚砜、吡啶和三氟乙酸，〇~5°C下混合均匀，充 分反应； 2) 加入二环己基碳二亚胺，室温下充分反应，得到末端乙醛基的脂肪醇聚醚； 3) 将末端乙醛基的脂肪醇聚醚和壳聚糖溶于混合溶剂，加入氰基硼氢化钠水溶液，充 分反应，得到侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物； 4) 在侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物中加入水，得到水凝胶。
[0008] 所述脂肪醇聚醚、二甲亚砜、吡啶、三氟乙酸、二环己基碳二亚胺的质量比为1:(1 ~4):(0.03~0.6):(0.04~0.84):(0.06~0.79)。
[0009] 步骤1)所述脂肪醇聚醚、溶剂的质量体积比为(0.25~0.4)g: lmL。
[0010] 步骤1)所述溶剂为卤代烃类溶剂、四氢呋喃中的至少一种。
[0011] 步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚、壳聚糖的质量比为(0.04~3.6): 1。
[0012] 步骤3)所述壳聚糖的脱乙酰度在95%以上。
[0013] 步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚溶于混合溶剂后的质量分数为0.25%~5%。
[0014] 步骤3)所述混合溶剂由醋酸与甲醇或乙醇或乙酸乙酯按体积比（0.5~2): 1组成。
[0015] 步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚、氰基硼氢化钠的物质的量比为1:(0.15~ 1)〇
[0016] 步骤4)所述水凝胶中侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物的质量分数为0.1% ~5%〇
[0017] 本发明的有益效果是： (1) 本发明的壳聚糖衍生物具有两亲性的-CH2CH2-(〇-CH2CH 2)n-〇-R侧链，其中碳氢链 段-R具有疏水性，聚醚链段_(〇-CH2CH 2)n具有亲水性，该两亲性的侧链可以破环壳聚糖的结 晶结构，容易形成胶束聚集状态，可以增加壳聚糖衍生物的水溶性； (2) 本发明的壳聚糖衍生物水凝胶具有温度敏感性，低温下呈溶胶状态，高温(如体温） 下呈凝胶状态，可作为一种可注射型水凝胶使用，在医用材料和药物释放体系中具有巨大 的应用前景。
【具体实施方式】
[0018] -种壳聚糖衍生物水凝胶，其结构式如下：
式中，m为930~1550的任意自然数，η为2~19的任意自然数，R为C8~C18的直链碳氢基 团。
[0019] 对应上述结构式的壳聚糖衍生物水凝胶的制备方法，包括以下步骤： 1) 将脂肪醇聚醚用溶剂溶解，加入二甲亚砜、吡啶和三氟乙酸，〇~5°C下混合均匀，充 分反应； 2) 加入二环己基碳二亚胺，室温下充分反应，得到末端乙醛基的脂肪醇聚醚； 3) 将末端乙醛基的脂肪醇聚醚和壳聚糖溶于混合溶剂，加入氰基硼氢化钠水溶液，充 分反应，得到侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物； 4) 在侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物中加入水，得到水凝胶。
[0020] 优选的，对应上述结构式的壳聚糖衍生物水凝胶的制备方法，包括以下步骤： 1) 将脂肪醇聚醚用溶剂溶解，再加入二甲亚砜，再加入吡啶和三氟乙酸，〇~5°C恒温搅 拌反应1~1.5小时； 2) 加入二环己基碳二亚胺，室温反应20~30小时，过滤、减压蒸馏、重结晶、干燥，得到 末端乙醛基的脂肪醇聚醚； 3) 将末端乙醛基的脂肪醇聚醚和壳聚糖溶于混合溶剂，滴加氰基硼氢化钠水溶液，充 分反应，产物经透析、冻干，冻干产物用丙酮抽提、抽滤、真空干燥，得到侧链含脂肪醇聚醚 结构的壳聚糖衍生物； 4) 在侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物中加入水，得到水凝胶。
[0021 ] 优选的，所述脂肪醇聚醚、二甲亚砜、吡啶、三氟乙酸、二环己基碳二亚胺的质量比 为1:(1~4):(0·03~0·6):(0·04~0·84):(0·06~0·79)。
[0022] 优选的，步骤1)所述脂肪醇聚醚、溶剂的质量体积比为(0.25~0.4)g:lmL。
[0023] 优选的，步骤1)所述溶剂为卤代烃类溶剂、四氢呋喃中的至少一种。
[0024] 进一步优选的，步骤1)所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的至少一种。
[0025]优选的，步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚、壳聚糖的质量比为(0.04~3.6): 1〇
[0026]优选的，步骤3)所述壳聚糖的脱乙酰度在95%以上。
[0027]优选的，步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚溶于混合溶剂后的质量分数为 0.25%~5%。
[0028] 优选的，步骤3)所述混合溶剂由醋酸与甲醇或乙醇或乙酸乙酯按体积比（0.5~ 2):1组成。
[0029]优选的，步骤3)所述末端乙醛基的脂肪醇聚醚、氰基硼氢化钠的物质的量比为1: (0.15~1)〇
[0030] 优选的，步骤4)所述水凝胶中侧链含脂肪醇聚醚结构的壳聚糖衍生物的质量分数 为0.1%~5%。
[0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
[0032] 实施例1: 将40g脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-3 (分子式:H