一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/海藻酸复合光敏感双网络水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))/海藻酸(SA)复合光敏感双网络水凝胶的制备方法。具体是应用包结络合作用及离子交联形成的光敏感双网络水凝胶。
【背景技术】
[0002]水凝胶因具有与活体组织类似的多孔弹性水合网络，且有利于氧、营养物质和代谢废物在其中的传输，可为细胞粘附、增殖和分化提供理想的三维微环境。目前水凝胶已广泛用于药物或蛋白输送、组织工程、体外细胞三维培养等生物医学研究领域。制备水凝胶的交联方法主要包括物理交联和化学交联两种。其中物理交联方法的优势在于工艺简单，不引入有毒成分的引发剂、交联剂等，劣势在于形成水凝胶强度不够高。为提高水凝胶的力学性能，出现了如双交联网络结构水凝胶、互穿网络水凝胶、纳米复合凝胶和拓扑水凝胶等的研究。其中双交联网络结构水凝胶发展重点集中在于利用常规原料，简单的方法制备出高含水率、高强度的双网络水凝胶。
[0003]智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶，外界刺激可以是温度、PH值、盐浓度、光、化学物质等。根据对外界刺激的响应情况，智能型水凝胶分为:温度响应性水凝胶、pH-响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝胶等。由于智能型水凝胶的独特响应性，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景。其中光响应性水凝胶是一类在光作用下能迅速发生化学或物理变化而做出响应的智能型高分子材料。通常情况下，光响应高分子凝胶由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变。如在紫外光辐射时，凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化、光解离，因基团构象和偶极矩的变化可使凝胶发生溶胀。
[0004]因此，从生物医学领域应用角度考虑，研制出具有高含水率、高强度的、制备方法简单、低溶胀的智能型水凝胶是十分重要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))/海藻酸(SA)复合光敏感双网络水凝胶及其制备方法，以解决现有技术中水凝胶合成步骤复杂，强度低，生物相容性差等缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/海藻酸复合光敏感双网络水凝胶，其为3D网状结构，由含有P(MVE-alt-MA)-g-f3-CD，海藻酸钠(SA)和乳酸钠的溶液逐滴加入到含有P(MVE-alt-MA)-g-azo和氯化亚铁(FeCl2)溶液并暴露在空气中，溶液中P(MVE-alt-MA)通过β-⑶和azo间包结络合作用交联，海藻酸钠通过Fe2+被空气氧化成的Fe3+交联，得到P(MVE_alt-MA)/SA复合光敏感双网络水凝胶;所述接枝聚合物P(MVE-alt-MA)-g-13-CD是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂，将6-乙一■胺-β_环糊精和P(MVE-alt-MA)进彳丁接枝反应得到;所述P(MVE-alt-MA)-g-azo是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂，将对氨基偶氮苯(azo)和P(MVE-alt-MA)进行接枝反应得到。
[0008]一种制备基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/海藻酸复合光敏感双网络水凝胶的方法，:包括如下步骤:
[0009]步骤一、制备接枝聚合物P(MVE-alt-MA)-g-13-CD:将甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))的N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，室温避光条件下搅拌均匀，再逐滴加入6-乙二胺-
环糊精的N，N-二甲基甲酰胺溶液，在N2氛围及25°C?60°C条件下搅拌反应，结束后旋转蒸发除去溶剂后，溶于水，透析3天?7天，冻干，得到接枝聚合物P(MVE-al t-MA)-g-β-⑶；[00?0] 步骤二、制备接枝聚合物P(MVE-alt-MA)-g_azo:将甲基乙稀基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))的N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，室温避光条件下搅拌均匀，再逐滴加入对氨基偶氮苯(azo)的N，N-二甲基甲酰胺溶液，在25°C?60°C条件下搅拌反应，结束后旋转蒸发除去溶剂后，溶于水，透析3天?7天，得到接枝聚合物P(MVE-alt-MA)-g-azo ；
[0011]步骤三、含有P(MVE-alt-MA)-g-13_CD，海藻酸钠(SA)和乳酸钠的溶液逐滴加入到含有P(MVE-alt-MA)-g-azo和氯化亚铁(FeCl2)的溶液并暴露在空气中3-24h得到P(MVE-alt-MA) /SA复合光敏感双网络水凝胶。
[0012]进一步的，步骤一中，所述6-乙二胺-β-环糊精的N，N_二甲基甲酰胺溶液和甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))的N，N-二甲基甲酰胺溶液的浓度均为0.02g/ml?
0.lg/mlο
[0013]进一步的，步骤二中，所述甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))的N，N-二甲基甲酰胺溶液和对氨基偶氮苯(azo)的N，N-二甲基甲酰胺溶液的浓度均为0.02g/ml?0.lg/mlο
[0014]进一步的，所述甲基乙烯基醚马来酸共聚物的数均分子量为80000?311000。
[0015]进一步的，步骤一中，甲基乙烯基醚马来酸共聚物中的酸酐单元和6-乙二胺-β-环糊精的摩尔比为20?5:1; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的摩尔比为0.5:1?1:1.5; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的总量与甲基乙烯基醚马来酸共聚物的摩尔比为1:50?2。
[0016]进一步的，步骤二中，甲基乙烯基醚马来酸共聚物中的酸酐单元和对氨基偶氮苯(azo)的摩尔比为10:1?2:1; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的摩尔比为0.5:1?1:1.5; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)总量与聚甲基乙烯基醚共聚马来酸的摩尔比为1:50?2。
[0017]进一步的，步骤一和步骤二的反应时间均为8h?36h。
[0018]进一步的，步骤三中，P(MVE-alt-MA)-g-0-CD溶液和P(MVE-alt-MA)-g_azo溶液的浓度均为0.05g/mL?0.15g/mL，海藻酸钠的质量分数为1%?10%，乳酸钠浓度为10?20mM，氯化亚铁浓度为 10 ?3OmM;P(MVE-alt-MA)-g-0-CD 和 P(MVE-alt-MA)-g-Azo 活性基团摩尔比为1:3?3:1。
[0019]有益效果:本发明具有以下优点:
[0020]1、本发明原料廉价，合成路线简单，周期短，无污染，适用于大规模生产。
[0021]2、本发明水凝胶为物理型水凝胶，不引入化学引发剂，交联剂等化学因子，有益于水凝胶在生物医学中的实际应用。
[0022]3、水凝胶作为组织工程支架材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性，又需要具有一定的力学性能。单一材料构建的组织工程支架往往无法同时满足这些要求。本发明通过将人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)与海藻酸钠间不同反应比例复合，易于得到同时满足材料需求的力学强度和良好生物活性等。
[0023]4、本发明水凝胶，在紫外光照射条件下，凝胶转化为溶胶，对光具有良好的响应性，可应用于药物控释及细胞3D培养载体。
【附图说明】
[0024]图1是实施例2获得的基于P(MVE-alt_MA)/SA复合光敏感双网络水凝胶的扫描电镜图。
[0025]图2是实施例2制备的基于P(MVE-alt_MA)/SA复合光敏感双网络水凝胶在紫外光照条件下的相转化照片。
【具体实施方式】
[0026]下面结合【具体实施方式】对本发明作更进一步的说明。
[0027]甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))是对人体和动物无毒无害的高分子材料，具有良好亲水性、化学稳定性、生物相容性、生物黏附性的多元羧酸聚合物而被广泛应用于生物技术、药理学及保健应用。如作为稳定剂，增塑剂，粘合剂和缓释剂等。P(MVE-alt-MA)的微阵列结构能够支持人多能干细胞(hPSCs)(HUES I，HUES9和iPSCs)的黏附，增殖和自我更新。在P(MVE-alt-MA)上培养的人多能干细胞hPSCs能维持其特征形貌，表达了高水平多能性标记物和保持正常的染色质组型。基于该聚合物