一种用于制备可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的方法

1.本发明涉及水凝胶技术领域，具体为一种用于制备可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的方法。


背景技术：

2.近来，含邻苯二酚结构的分子在湿粘结剂的制备中受到了广泛的研究。由于邻苯二酚基团同时具有酚羟基和苯环结构，这使得其能与被粘附的基底形成多种相互作用，例如氢键、配位相互作用、疏水相互作用等，从而起到湿粘附效果。多酚化合物，如单宁酸(ta)是一种富含邻苯二酚基团的天然多酚，其能够与多种大分子通过直接混合溶液的方法制备基于氢键相互作用交联的水凝胶，包括丝素蛋白(sf)、脱氧核糖核酸(dna)、聚乙烯醇(pva)、聚乙二醇(peg)、聚酰胺环氧氯丙烷(pae)和聚乙烯基吡咯烷酮(pvp) 等。
3.然而，由于氢键的形成非常迅速，这种溶液直接混合的方法会导致水凝胶瞬时形成。氢键交联使体系的黏度大幅增加，从而导致其注射性大幅降低。此外，快速的交联过程使得组分之间的有效混合时间非常短，导致最终得到的水凝胶具有较低的均匀性。交联过快导致的可注射性差和均匀性不足在很大程度上限制了这类多酚-大分子水凝胶的应用范围。例如，其不适用于基于注射器或微型导管的递送操作和微创手术，也难以用于制备具有定制化形状的水凝胶。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的方法，将适量碱性物质溶液加入多酚化合物溶液中，再加入适量大分子溶液混合均匀，之后向混合溶液中加入适量葡萄糖酸内酯(gdl) 粉末，即可得到所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶。具体提供如下技术方案：
5.s10、制备去质子化多酚溶液；
6.s20、将大分子溶液与所述去质子化多酚溶液混合，得到去质子化多酚
‑ꢀ
大分子溶液；
7.s30、将缓慢释放酸粉末加入所述去质子化多酚-大分子溶液中，得到所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶；
8.所述缓慢释放酸为葡萄糖酸内酯。葡萄糖酸内酯溶于水后缓慢释放氢离子，从而达到使体系的ph值缓慢降低的效果，能够避免因ph值迅速变化而产生的不规则絮凝或沉积。此外，葡萄糖酸内酯具有无毒性和成本低等优点。
9.优选的，所述去质子化多酚溶液将碱性物质溶液加入多酚化合物制备而成。
10.所述的碱性物质溶液的加入量为多酚化合物溶液质量的5-15％。
11.优选的，所述多酚化合物选自单宁酸、鞣花酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、原花青素、没食子酸、焦棓酸中的一种或多种。多酚的分子结构中含有酚羟基，能够与多种天然的或合成的大分子形成较强的氢键相互作用。
12.优选的，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
13.优选的，所述大分子选自聚乙烯醇、丝素蛋白、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种。此外聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物也有较好效果。
14.优选的，所述大分子溶液的浓度为5-30％w/w。
15.优选的，所述的多酚化合物溶液的浓度为5-30％w/w。
16.优选的，所述的大分子溶液与多酚化合物溶液按质量比0.2-5：1。
17.所述大分子的分子量为5-25万道尔顿。
18.优选的，所述缓慢释放酸粉末占所述去质子化多酚-大分子溶液质量的 1-20％。
19.大分子和单宁酸溶液浓度过低会导致凝胶难以形成，而过高则会导致体系粘度过大，不利于组分充分混合。因此，两种组分的浓度和配比都需要在适量范围。
20.大分子的分子量在此分子量范围所得的溶液具有适量的粘度，有利于与单宁酸组分进行充分混合。
21.释放酸粉末质量过高会导致凝胶形成过于迅速，过低则导致凝胶无法形成，因而需要控制在适量范围。
22.上述任一一种方法制备的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶。
23.通过加入碱性物质增大体系的ph值抑制氢键产生从而抑制交联，使体系具有优异的可注射性且其中的各组分能够充分混合；随后加入能够缓慢释放酸的物质降低体系的ph值来产生氢键从而实现体系的交联，形成水凝胶。
24.有益效果
25.与现有技术相比，具备以下有益效果：
26.1、通过调控多酚-大分子体系的ph值来避免过快的交联过程，从而实现了多酚化合物和大分子的充分混合，大幅提高了体系的均匀性；同时，得到了具有优异可注射性的多酚-大分子水凝胶。
27.2、本发明制备过程无需添加毒副作用的试剂，绿色环保，成本低廉，工艺简单，易于操作，在组织工程、医学等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
28.图1是本发明所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的制备过程示意图。
29.图2是本发明所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的冷冻扫描电镜图。
30.图3是通过流变测试所得的本发明所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶形成过程中的模量变化图。
31.图4是本发明所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶以猪皮为基底的搭接剪切强度测试结果图。
32.图5是本发明所述可注射多酚-大分子粘附性水凝胶以猪皮为基底的爆破压力测试结果图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描
述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.单宁酸(分析纯)、溴化锂(分析纯)和聚乙烯基吡咯烷酮(mw，130kda) 购买于上海阿拉丁生化科技有限公司。聚乙烯醇(聚合度约1700)购买于东京化学工业有限公司。葡萄糖酸内酯(分析纯)、聚乙二醇(mv,20kda)和聚乙二醇(mv，100kda)购买于上海麦克林生化有限公司。氢氧化钠(分析纯)购买于天津致远试剂有限公司。天然蚕茧购买于浙江省湖州市南浔久恒蚕丝制品经营部。
35.本文涉及的测试仪器相关信息：
[0036][0037]
实施例1
[0038]
(1)将30g单宁酸(ta)粉末加入70g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为30％的单宁酸(ta)溶液。在室温时，将15g分子量为7.65 万道尔顿的聚乙烯醇(pva)粉末加入85g去离子水中，待其分散后，升温至 95℃，加热搅拌溶解2小时后得到质量分数为15％的聚乙烯醇(pva)溶液。将16g氢氧化钠(naoh)固体颗粒加入24g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为40％的氢氧化钠(naoh)溶液。
[0039]
(2)将0.27g步骤(1)中得到的氢氧化钠(naoh)溶液加入到3g步骤 (1)中得到的单宁酸(ta)溶液，充分搅拌得到去质子化单宁酸(dta)溶液。随后，将3g步骤(1)中得到的聚乙烯醇(pva)溶液加入去质子化单宁酸(dta)溶液中充分混合以得到混合溶液(pva+dta)。而后向此混合溶液中加入0.24g葡萄糖酸内酯(gdl)粉末，充分搅拌，得到聚乙烯醇(pva)、去质子化单宁酸(dta)溶液和葡萄糖酸内酯(gdl)粉末的混合物，简称凝胶前驱体(pdg)。将凝胶前驱体(pdg)静置5分钟得到单宁酸-聚乙烯醇水凝胶(pdg水凝胶)。本实施例所述的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的制备过程如图1所示。
[0040]
(3)将步骤(2)中所得的凝胶前驱体(pdg)迅速加入注射器中，通过针头按照“pdg”字母形状注射到塑料培养皿上，静置5分钟得到图案化的水凝胶。
[0041]
(4)将步骤(2)中制得的单宁酸-聚乙烯醇水凝胶(pdg水凝胶)置于冷冻系统中，在-90℃下升华10分钟。随后用刮刀除去样品表面上的冰层，再在样品表面喷涂一层薄的铂原子。使用扫描电子显微镜(加速电压为 10.00kv)进行微观形貌表征。本实施例所制备的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的冷冻扫描电镜图片如图2所示。
[0042]
(5)将步骤(2)中新鲜制备的凝胶前驱体(pdg)加载到带有直径为 25毫米平板的流变仪测试平台上，观察其储能模量和损耗模量在凝胶化过程中的变化。测试时的应变固定为0.1％，扫描频率固定为1hz。本实施例所制备的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的流变测试结果如图3所示。
[0043]
(6)将厚度为2mm的新鲜猪皮片用强力胶水牢固地粘贴在平整的铁片上。随后，将其浸泡在37℃的水中1小时，以使其表面充分润湿。对于实验组，将0.5g步骤(2)中新鲜制备的凝胶前驱体(pdg)注射到两块猪皮基底之间，用夹子固定住基底，并将其置于37℃水中1小时，以避免水凝胶的干燥对测试结果的影响。对于对照组，将0.5g步骤(2)中新鲜制备的混合溶液 (pva+dta)注射到两块猪皮基底之间，用夹子固定住基底，并将其置于37℃水中1小时，以避免水凝胶的干燥对测试结果的影响。之后，将粘附后的基底置于力学测试仪上进行拉伸测试，选用20千克的力学传感器，拉伸速率为 20mm/min。猪皮基底的粘接面积为2cm
×
2cm。本实施例所制备的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的搭接剪切强度测试结果如图4所示。
[0044]
(7)将新鲜猪皮切成长4cm，宽4cm，厚2mm的薄片，用手术刀在猪皮中心切出一个直径为2mm的圆形切口，之后将猪皮固定在爆破压力测试器上。对于实验组，将0.2g步骤(2)中新鲜制备的凝胶前驱体(pdg)注射到切口部位并等待20分钟使之完全地原位凝胶化；对于对照组，将0.2g步骤(2) 中新鲜制备的混合溶液(pva+dta)注射到切口部位。随后，通过在蠕动泵中匀速地注入水来增加压力，用压力表记录实时压力的变化，将压力表所记录的最大示数作为爆破压力的数值。本实施例所制备的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的爆破压力测试结果如图5所示。
[0045]
实施例2
[0046]
(1)将300g分子量为2万道尔顿的聚乙二醇(peg)粉末加入1700g 去离子水中，peg粉末是用来配反透析液的，搅拌溶解2小时，得到质量分数为15％的聚乙二醇(peg)溶液。将63.6g碳酸钠(na2co3)粉末加入30l 去离子水中，搅拌溶解10分钟，得到浓度为0.02m的碳酸钠(na2co3)水溶液。将80.77g溴化锂(libr)粉末加入100ml去离子水中，搅拌溶解20分钟，得到浓度为9.3m的溴化锂(libr)水溶液中。将30g单宁酸(ta)粉末加入70g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为30％的单宁酸(ta) 溶液。将16g氢氧化钠(naoh)固体颗粒加入24g去离子水中，搅拌溶解1 小时，得到质量分数为40％的氢氧化钠(naoh)溶液。
[0047]
(2)将120g天然蚕茧倒入10l步骤(1)中得到的碳酸钠(na2co3)溶液中，煮沸1小时，取出蚕茧倒掉液体。该过程一共重复三次。随后用去离子水清洗脱胶后的丝素纤维五遍，再置于45℃的烘箱中烘干48小时。将烘干后的丝素纤维在60℃下搅拌溶解于100ml步骤(1)中得到的溴化锂(libr) 水溶液，得到丝素蛋白(sf)溶液。所得的丝素蛋白(sf)溶液用去离子水透析三天(透析袋分子量为1.4万道尔顿)。随后用步骤(1)中得到的聚乙二醇(peg)溶液进行反透析24小时，最后得到质量分数为10％的丝素蛋白(sf) 溶液。
[0048]
(3)将0.27g步骤(1)中得到氢氧化钠(naoh)溶液加入到3g步骤(1) 中得到的单宁酸(ta)溶液，充分搅拌得到去质子化单宁酸(dta)溶液。随后，将3g步骤(2)中得到的丝素蛋白(sf)溶液加入去质子化单宁酸(dta) 溶液中充分混合以得到混合溶液(sf+dta)。而后向此混合溶液中加入0.24g 葡萄糖酸内酯(gdl)粉末，充分搅拌，得到丝素蛋白(sf)溶液、去质子化单宁酸(dta)溶液和葡萄糖酸内酯(gdl)粉末的混合物。混合物静置5 分钟得到单宁酸-丝素蛋白水凝胶。本实施例所述的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的制备过程如图1所示。
[0049]
实施例3
[0050]
(1)将30g单宁酸(ta)粉末加入70g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为
30％的单宁酸(ta)溶液。将5g分子量为10.0万道尔顿的聚乙二醇(peg)粉末加入95g去离子水中，搅拌溶解2小时后得到质量分数为5％的peg溶液。将16g氢氧化钠(naoh)固体颗粒加入24g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为40％的氢氧化钠(naoh)溶液。
[0051]
(2)将0.45g步骤(1)中得到的氢氧化钠(naoh)溶液加入到3g步骤 (1)中得到的单宁酸(ta)溶液，充分搅拌得到去质子化单宁酸(dta)溶液。随后，将3g步骤(1)中得到的聚乙二醇(peg)溶液加入去质子化的单宁酸(dta)溶液中充分混合以得到混合溶液(peg+dta)。而后向此混合溶液中加入0.24g葡萄糖酸内酯(gdl)粉末，充分搅拌，得到聚乙二醇(peg) 溶液、去质子化单宁酸(dta)溶液和葡萄糖酸内酯(gdl)粉末的混合物。混合物静置5分钟得到单宁酸-聚乙二醇水凝胶。本实施例所述的可注射多酚
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大分子粘附性水凝胶的制备过程如图1所示。
[0052]
实施例4
[0053]
(1)将30g单宁酸(ta)粉末加入70g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为30％的单宁酸(ta)溶液。在室温时，将10g分子量为13.0 万道尔顿的聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)粉末加入90g去离子水中，待其分散后，升温至80℃，加热搅拌溶解2小时后得到质量分数为10％的聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)溶液。将16g氢氧化钠(naoh)固体颗粒加入24g去离子水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为40％的氢氧化钠(naoh)溶液。
[0054]
(2)将0.45g步骤(1)中得到的氢氧化钠(naoh)溶液加入到3g步骤 (1)中得到的单宁酸(ta)溶液，充分搅拌得到去质子化单宁酸(dta)溶液。随后，将3g步骤(1)中得到的聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)溶液加入去质子化单宁酸(dta)溶液中充分混合以得到混合溶液(pvp+dta)。而后向此混合溶液中加入0.24g葡萄糖酸内酯(gdl)粉末，充分搅拌，得到聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)溶液、去质子化单宁酸(dta)溶液和葡萄糖酸内酯(gdl) 粉末的混合物。混合物静置5分钟得到单宁酸-聚乙烯基吡咯烷酮水凝胶。本实施例所述的可注射多酚-大分子粘附性水凝胶的制备过程如图1所示。
[0055]
鞣花酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、原花青素、没食子酸、焦棓酸具体实验过程与实施例4基本相同，只是将单宁酸替换为其它酸，此处不在赘述。
[0056]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。