一种具有良好生物粘附性的医用水凝胶的制备方法与流程

本发明属于可生物降解高分子材料领域，特别是涉及一种具有良好生物粘附性的医用水凝胶的制备方法。

背景技术：

水凝胶具有三维网状结构，用于多个领域，例如在生物医用中，可用于组织工程和药物释放等。具有自修复能力的水凝胶可以延长它的使用寿命。一些类似于水凝胶的天然生物组织本身就具有优越的自修复能力，如心脏瓣膜。通常动态非共价键可以制备具有自修复能力水凝胶，使其可以重复使用。苯硼酸和邻二醇可以形成动态的硼酸酯键。生物粘合剂要求具有很好的生物粘附性，且生物形容性好，可降解。该发明源于海洋贻贝分泌的粘附蛋白，这种蛋白质中含量较高的多巴胺(DOPA)是起粘附作用的主要成分，而其有效结构就是3,4-二羟基-苯基丙氨酸。它可以通过和巯基、氨基等官能团形成共价键，实现良好的生物粘附作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述技术分析和存在问题，提供一种可重复使用的、具有良好生物粘附性的医用水凝胶的制备方法，该方法将四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯的末端改性成多巴胺，将四臂聚乙二醇氨基末端改性成苯硼酸，将得到的四臂聚乙二醇多巴胺和四臂聚乙二醇苯硼酸溶液进行混合，原位形成水晶胶。并且由于动态硼酸酯键的形成，使得水凝胶具有自修复能力，多巴胺基团的存在同时也赋予了水凝胶良好的生物粘附性。本发明中的水凝胶前体聚合物为四臂聚乙二醇多巴胺和四臂聚乙二醇苯硼酸。四臂聚乙二醇多巴胺是用四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯和小分子的多巴胺盐酸盐为原料合成的。四臂聚乙二醇苯硼酸是用四臂聚乙二醇氨基和小分子的对羧基苯硼酸频哪醇酯制备的。

本发明的技术方案：

一种具有良好生物粘附性的医用水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)四臂聚乙二醇多巴胺的制备

将四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与二甲基亚砜混合得到反应液a，四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与二甲基亚砜的用量比为0.1mmol：4mL；将多巴胺盐酸盐与二甲基亚砜混合得到反应液b，多巴胺盐酸盐与二甲基亚砜的用量比为0.6mmol：1mL；将反应液a与反应液b混合，再加入三乙胺混合均匀，常温下反应3天，用乙醚沉淀，抽滤，得到白色固体四臂聚乙二醇多巴胺，四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯、多巴胺盐酸盐与三乙胺的摩尔比为1：6：6；

2)四臂聚乙二醇苯硼酸的制备

将四臂聚乙二醇氨基与二氯甲烷混合得到混合液a，四臂聚乙二醇氨基与二氯甲烷的用量比为0.1mmol：5mL；将对羧基苯硼酸频哪醇酯与二氯甲烷混合得到混合液b，对羧基苯硼酸频哪醇酯与二氯甲烷的用量比为0.8mmol：1mL；将DCC(N，N’-二环己基碳二亚胺)与二氯甲烷混合得到混合液c，DCC(N，N’-二环己基碳二亚胺)与二氯甲烷的用量比为0.8mmol：2mL；将三种混合液a、b、c混合，四臂聚乙二醇氨基、对羧基苯硼酸频哪醇酯与DCC(N，N’-二环己基碳二亚胺)的摩尔比为0.1：0.8：0.8，常温搅拌反应1天，先过滤除去沉淀，滤液用70mL的乙醚沉淀，四臂聚乙二醇氨基与乙醚的用量比为0.1mmol：70mL，抽滤后得到白色固体四臂聚乙二醇苯硼酸；

3)医用水凝胶的制备

将四臂聚乙二醇多巴胺加入pH＝9的0.01mol/L十水合四硼酸钠缓冲溶液中配置成15wt％的溶液a；将四臂聚乙二醇苯硼酸加入pH＝9的0.01mol/L十水合四硼酸钠缓冲溶液中配置成15wt％的溶液b；将溶液a与溶液b常温下混合，溶液a与溶液b的体积比为1:1，制得医用水凝胶。

所述四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯的分子量为5000-50000，四臂聚乙二醇氨基的分子量为10000。

该医用水凝胶的制备方法如下所示：

(A)

(B)

一种所制备的具有良好生物粘附性的医用水凝胶的检测方法，步骤如下：

1)将一块完整凝胶切成两块，并将其中一块用亚甲基蓝染色，之后将两块水凝胶的切面放在一起，30s内可以明显的观察到凝胶的自修复；

2)将猪皮剪成2.5cm×3cm，在37℃的磷酸缓冲盐溶液中浸泡1h，用氰基丙烯酸酯类粘合剂将猪皮粘附在玻璃板上，固化1h，称取制备的水凝胶0.6g涂在猪皮末端，盖上同样粘附猪皮的玻璃板，形成一个完整的模型，用数显卡尺记录重叠面积，然后用100g砝码压30min，用万能拉力机(深圳三思纵横科技股份有限公司)以5mm/min的速度拉伸，记录最大力，检测粘附性能。

本发明的优点是：该方法制备的医用水凝胶具有良好生物粘附性的、可自修复，在医学领域可发挥重要作用，应用前景广阔。

附图说明

图1为制备的医用粘合性水凝胶的自修复性能检测。

图2为制备的医用粘合性水凝胶的粘附性能检测。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的技术方案。这些实施例仅用于本说明而不用于限制发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，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入本发明所限定的保护范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可由商业途径获得。

实施例：

一种具有良好生物粘附性的医用水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)四臂聚乙二醇多巴胺的制备

称取1g、分子量为10000的四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯，加入4mL的二甲基亚砜使之溶解；称取多巴胺盐酸盐0.1g，加入1mL二甲基亚砜使之溶解；将两反应液混合，再83μL三乙胺83μL，常温下反应3天，用乙醚沉淀，抽滤，得到四臂聚乙二醇多巴胺白色固体0.9g，产率90％，所得固体真空保存备用。

2)四臂聚乙二醇苯硼酸的制备

称取1g、分子量为10000的四臂聚乙二醇氨基，加入5mL的二氯甲烷使之溶解；称取对羧基苯硼酸频哪醇酯0.2g，加入1mL的二氯甲烷使之溶解；称取DCC(N，N’-二环己基碳二亚胺)0.2g，用2mL的二氯甲烷使之溶解；将三种混合液混合，常温搅拌反应1天，先过滤除去沉淀，滤液用70mL的乙醚沉淀，抽滤，得到)四臂聚乙二醇苯硼酸白色固体0.85g，产率85％，得到的白色固体置于干燥器中备用。

3)医用水凝胶的制备

称取步骤1)中得到的四臂聚乙二醇多巴胺白色固体加入pH＝9的0.01mol/L十水合四硼酸钠缓冲溶液中配置成15wt％的四臂聚乙二醇多巴胺溶液a；称取步骤2)中得到的四臂聚乙二醇苯硼酸白色固体，加入pH＝9的0.01mol/L十水合四硼酸钠缓冲溶液中配置成15wt％的四臂聚乙二醇苯硼酸溶液b；将溶液a与，溶液b常温下混合，制得医用水凝胶。

制备的医用水凝胶的检测：

1)医用水凝胶的自修复性能检测

将一块完整凝胶切成两块，并将其中一块用亚甲基蓝染色，之后将两块水凝胶的切面放在一起，30s内可以明显的观察到凝胶的自修复。检测结果参见图1，图中：a为切成两块的凝胶，其中一块用亚甲基蓝染色；b为将两块水凝胶的切面放在一起，放置30s；c为用镊子夹起水凝胶一端观察其断面的自修复情况。从结果中可以看出，该水凝胶具有自修复功能。

2)医用水凝胶的粘附性能检测

将猪皮剪成2.5cm×3cm，在37℃的PBS中浸泡1h。用氰基丙烯酸酯类粘合剂将猪皮粘附在玻璃板上，固化1h，称取制得的医用水凝胶0.6g涂在猪皮末端，盖上同样粘附猪皮的玻璃板，形成一个完整的模型，用数显卡尺记录重叠面积。之后用100g砝码压30min。用万能拉力机(深圳三思纵横科技股份有限公司)以5mm/min的速度拉伸，记录最大力。每个样品测5次求平均值。检测结果参见图2，图中：a为水凝胶粘附性能检测用样品的示意图，b为以猪皮和玻璃板为基底表面的一次和二次粘接强度图。从结果中可以看出，该水凝胶对猪皮的粘附力可达到5kPa，并且自修复后的二次粘附力并没有明显减弱。