一种海藻酸钠双交联水凝胶及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种海藻酸钠双交联水凝胶及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]水凝胶是一种由亲水性聚合物构成的高分子三维网络以及水作为介质共同组成的体系。水凝胶能吸收大量水分，使得其柔软并具有一定弹性，水溶性小分子可以在三维网络中自由扩散。其结构特性与生物体的软组织十分相似，为软组织修复提供了三维培养支架模型，从而被广泛的应用于组织工程中。
[0003]海藻酸钠是天然线性高分子多糖，作为制备组织工程凝胶支架的优良材料，具有来源丰富，廉价易得，无免疫原性等优点。然而海藻酸钠凝胶支架仍然存在一些不足之处。使用二价阳离子交联的海藻酸钠凝胶一般交联速度过快导致结构不均匀、力学性能较差等缺陷；使用戊二醛等化学交联剂交联虽然可以提高凝胶强度，但是这些化学交联剂有一定细胞毒性，限制了在他们的应用。
[0004]近年来有研究使用点击化学反应的方法来制备凝胶支架，如叠氮-炔烃反应(J.Am.Chem.Soc.2004,126,15046-15047.)、DieIs-Alder反应(B1macromoIecules 2011,12 ,824-830)、Michael加成反应(B1con jugate Chem.2011，22，2199-2209.)等。其中Diels-Alder点击化学反应具有高选择性、无毒、无副反应和无副产物等优点，被广泛的应用于组织工程支架制备中。
[0005]目前，传统水凝胶的力学性能仍然与人体的软组织有一定差距。为了克服这一缺点，研究者开发了多种高强度的水凝胶，如双网络水凝胶、微球交联水凝胶、纳米复合水凝胶等。但是双网络水凝胶的制备步骤繁琐、需要自由基聚合，微球交联水凝胶有特殊的仪器要求，这些都限制了它们在组织工程领域的应用。
【发明内容】
[0006]为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的海藻酸钠双交联水凝胶。
[0008]本发明的再一目的在于提供上述海藻酸钠双交联水凝胶在组织工程支架中的应用。
[0009]本发明目的通过以下技术方案实现:
[0010]—种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤:
[0011](I)海藻酸钠溶于去离子水中，加入4-(4，6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐活化剂，活化0.5?lh，然后加入糠胺反应12?36h，反应产物经透析，冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠；
[0012](2)将步骤(I)中所得呋喃改性海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌得到透明呋喃改性海藻酸钠溶液，然后加入马来酰亚胺封端的聚乙烯醇，搅拌充分溶解，超声处理后注入模具，在37?60°C温度下反应交联得到凝胶；
[0013](3)将步骤(2)所得凝胶浸泡于氯化钙溶液中12?48h进行物理交联，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。
[0014]所述海藻酸钠、活化剂与糠胺的摩尔比优选为1:(0.5?1.5):(0.5?1.5)。
[0015]所述的透析优选用截留分子量为3500的透析袋进行透析，透析时间为3?5天。
[0016]所述呋喃改性海藻酸钠溶液的质量浓度优选为I%?2%。
[0017]所述马来酰亚胺封端的聚乙烯醇的分子量优选为1000?4000。
[0018]所述超声处理的时间优选为5?lOmin。
[0019]所述氯化钙溶液的浓度优选为1?IOOmmo I /L。
[0020]一种海藻酸钠双交联水凝胶，通过以上方法制备得到。
[0021]上述海藻酸钠双交联水凝胶在组织工程支架中的应用。
[0022]本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果:
[0023](I)本发明使用Diels-Alder点击化学反应制备海藻酸钠凝胶，反应条件温和、选择性高，保证了凝胶的细胞相容性；
[0024](2)本发明同时结合化学交联和离子交联制备海藻酸钠凝胶，具有比单纯离子交联或单纯化学交联凝胶更强的力学性能；
[0025](3)本发明中双交联凝胶因为离子键的存在可以有效的提高凝胶的抗溶胀性能。
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例2所得海藻酸钠双交联水凝胶的扫描电镜图；
[0027]图2为实施例2中所得海藻酸钠双交联水凝胶与单纯点击化学交联和单纯离子交联所得凝胶的应力应变曲线图；
[0028]图3为实施例1?3所得海藻酸钠双交联水凝胶(双交联)与各实施例步骤(2)中所得透明凝胶(单交联)的溶胀百分比-时间曲线图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0030]实施例1
[0031 ] (1)0.5g海藻酸钠溶解于10mL去离子水中，加入4_(4，6-二甲氧基三嗪_2_基)_4_甲基吗啉盐酸盐0.495g，搅拌0.5h，再逐滴加入343yL的糠胺，避光反应24h。使用截流分子量3500的透析袋透析5天。-80 0C冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠固体。
[0032](2)75mg改性海藻酸钠溶于5mL去离子水中，搅拌2h，待其完全溶解后加入37mg分子量为2000的双马来酰亚胺端基聚乙烯醇(购置于苏州衍生生物科技有限公司，参考文献:B1macromolecules 2011,12,824-830)，揽摔1min溶解后，超声5min后转移到高5mm，直径1mm的圆柱形模具中；然后将模具放置于40°C烘箱中反应6h，得到透明凝胶。
[0033](3)将上述凝胶浸泡于10毫升lOOmmol/L氯化钙溶液中，放入37°C摇床中12h，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。
[0034]实施例2
[0035](1)0.5g海藻酸钠溶解于10mL去离子水中，加入4_(4，6-二甲氧基三嗪_2_基)_4_甲基吗啉盐酸盐0.750g，搅拌0.5h，再逐滴加入490yL的糠胺，避光反应24h。使用截流分子量3500的透析袋透析5天。-80 0C冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠固体。
[0036](2)75mg改性海藻酸钠溶于5mL去离子水中，搅拌2h，待其完全溶解后加入50mg分子量为2000的双马来酰亚胺端基聚乙烯醇，搅拌1min溶解后，超声5min后转移到高5mm，直径1mm的圆柱形模具中；然后将模具放置于40°C烘箱中反应6h，得到透明凝胶。
[0037](3)将上述凝胶浸泡于10毫升lOOmmol/L氯化钙溶液中，放入37°C摇床中12h，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。
[0038]本实施例所得海藻酸钠双交联水凝胶的扫描电镜图如图1所示。
[0039]本实施例所得海藻酸钠双交联水凝胶(双交联)与单纯点击化学交联(步骤(2)所得透明凝胶)和单纯离子交联所得凝胶(75mg海藻酸钠完全溶于5mL去离子水中后，加入1mg CaCO3粉末，再加入20mg葡萄糖酸己内酯充分搅拌后转移到模具中，形成凝胶;然后将所得凝胶浸泡在lOOmmol/L氯化钙溶液中12h制得)的应力应变曲线图如图2所示。由图2可以看出，本发明的海藻酸钠双交联水凝胶相比单纯点击化学交联和单纯离子交联所得凝胶，具有更佳优良的力学性能。
[0040]实施例3
[0041 ] (1)0.5g海藻酸钠溶解于10mL去离子水中，加入4-(4，6_二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐1.125g，搅拌0.5h，再逐滴加入735yL的糠胺，避光反应24h。使用截流分子量3500的透析袋透析5天。-80 0C冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠固体。
[0042](2)75mg改性海藻酸钠溶于5mL去离子水中，搅拌2h，待其完全溶解后加入75mg分子量为2000的双马来酰亚胺端基聚乙烯醇，搅拌1min溶解后，超声5min后转移到高5mm，直径1mm的圆柱形模具中；然后将模具放置于40°C烘箱中反应6h，得到透明凝胶。
[0043](3)将上述凝胶浸泡于10毫升lOOmmol/L氯化钙溶液中，放入37°C摇床中12h，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。
[0044]以上实施例1?3所得海藻酸钠双交联水凝胶(双交联)与各实施例步骤(2)中所得透明凝胶(单交联)的溶胀百分比-时间曲线图如图3所示。由图3可以看出，本发明的海藻酸钠双交联水凝胶相比单交联的水凝胶，其抗溶胀性能得到显著的提升。
[0045]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤: (1)海藻酸钠溶于去离子水中，加入4-(4，6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐活化剂，活化0.5?Ih，然后加入糠胺反应12?36h，反应产物经透析，冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠； (2)将步骤(I)中所得呋喃改性海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌得到透明呋喃改性海藻酸钠溶液，然后加入马来酰亚胺封端的聚乙烯醇，搅拌充分溶解，超声处理后注入模具，在37?60°C温度下反应交联得到凝胶； (3)将步骤(2)所得凝胶浸泡于氯化钙溶液中12?48h进行物理交联，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述海藻酸钠、活化剂和糠胺的摩尔比为1:(0.5?1.5):(0.5?1.5)。3.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述的透析是指用截留分子量为3500的透析袋进行透析，透析时间为3?5天。4.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述呋喃改性海藻酸钠溶液的质量浓度为I %?2%。5.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述马来酰亚胺封端的聚乙烯醇的分子量为1000?4000。6.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述超声处理的时间为5?1min。7.根据权利要求1所述的一种海藻酸钠双交联水凝胶的制备方法，其特征在于:所述氯化钙溶液的浓度为1?I OOmmo I /L。8.—种海藻酸钠双交联水凝胶，其特征在于:通过权利要求1?7任一项所述的方法制备得到。9.权利要求8所述的海藻酸钠双交联水凝胶在组织工程支架中的应用。
【专利摘要】本发明属于生物医用材料技术领域，公开了一种海藻酸钠双交联水凝胶及其制备方法与应用。所述制备方法为：将海藻酸钠溶于去离子水中，加入活化剂活化后加入糠胺反应12～36h，反应产物经透析，冷冻干燥得到呋喃改性海藻酸钠；将呋喃改性海藻酸钠溶于去离子水中，然后加入马来酰亚胺封端的聚乙烯醇，搅拌充分溶解，超声处理后注入模具，在37～60℃温度下反应交联得到凝胶；再将所得凝胶浸泡于氯化钙溶液中12～48h进行物理交联，得到所述海藻酸钠双交联水凝胶。本发明采用点击化学交联和离子交联双交联法，所得产物具有良好的力学性能和抗溶胀性能，可应用于组织工程支架。
【IPC分类】A61L27/20, C08B37/04, A61L27/52, C08J3/075
【公开号】CN105713106
【申请号】CN201511034484
【发明人】曹晓东, 朱杰华, 游柏浩, 吴水平
【申请人】华南理工大学