一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及新材料领域，尤其是一种新型快速溶胀、酶催化降解水凝胶。

背景技术：

1、肥胖是一种世界性的流行病，严重地影响了成人和儿童的健康。根据世界卫生组织(who)估计，肥胖人群在过去40年里增加了近两倍。肥胖增加了心血管疾病、型糖尿病、高血压和癌症等疾病的发病风险，还会导致抑郁症和社会歧视。诱发肥胖有多种原因，其中较为重要的几点是缺乏锻炼和营养摄入失衡。因此控制饮食和增加锻炼是治疗肥胖和超重的基本方法。但对于大多数肥胖人群来说，改变饮食习惯和锻炼往往很难长时间实施和维持。因此，多种减肥辅助药物应运而生，这些药物的主要功效包括抑制食欲、消耗能量、抑制肠道等。然而这些减肥药会产生很多副作用，包括失眠、目眩、头痛、精神不济、嗜睡、心悸等。这些副作用严重的影响了患者的身体健康和正常的生产生活。因此，研发副作用少的减肥辅助产品是一个具有重要科学、经济价值的问题。

2、2014年，英国伯明翰大学的研究员们首次提出了用水凝胶制作减肥辅助产品的设想。他们研制出一种成分为海藻、淀粉和柑橘皮的可食用凝胶。这种凝胶在接触胃酸后会膨胀固定，使人产生饱腹感，减低人的食欲，减少零食餐饮的摄入，达到轻松瘦身的效果。同年，美国生物技术公司gelesis研发了一种口服减肥药gelesis100，该药物为一种生物相容性水凝胶胶囊，内含成千上万颗微小的水凝胶微粒。在饭前服药后，胶囊遇水分解，水凝胶颗粒与胃内食物混合，体积迅速膨胀，造成饱腹感而使患者停止进食，这些膨胀后的药物颗粒最终会被排出体外。经随机、双盲对照的研究显示，gelesis100使患者体重减轻幅度多2.1％，是一种很有前途的新型非系统性超重和肥胖治疗方法，具有很高的安全性和耐受性。2021年alessandro等开发了一种新的纤维素基高吸水性水凝胶，该水凝胶在减少患者食欲的同时，弥补饮食中膳食纤维(dfs)的摄入不足的情况，是第一个被美国和欧洲批准作为体重管理的辅助产品。这些结果说明可食用水凝胶在减肥领域具有较大的应用前景。然而，这些基于水凝胶的减肥辅助产品不具有特异性降解的性质，不能实现由生物体内环境调控的降解。这些水凝胶长期滞留在体内，会对患者肠胃内环境产生不良影响。为了解决这一问题，研究具有由生物体内环境调控的降解特性的水凝胶减肥辅助产品具有极大的医学和经济意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足之处，提供一种生物友好、溶胀快速、酶催化降解的新型可食用水凝胶的制备方法和应用。

2、为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，所述水凝胶为由蔗糖分子连接的多臂亲水高分子和聚合线型高分子交联构成。

3、多臂超亲水高分子的各个臂由一个蔗糖分子连接。即水凝胶的交联点为由蔗糖分子连接的多臂亲水高分子，优选由蔗糖分子连接的聚乙二醇，即为蔗糖peg，该分子可由蔗糖酶分解，因此本水凝胶能够在蔗糖酶的作用下快速降解，在普通环境中不降解。

4、进一步，所述快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的线型高分子为丙烯酸与单端双键聚乙二醇共聚物。

5、线型高分子为单端双键聚乙二醇(mpeg-aclt，2kda)与丙烯酸共聚物，丙烯酸有较好的吸水性，单端双键聚乙二醇有较好的聚合度和亲水性，二者共聚保证了水凝胶的快速溶胀。

6、一种权利要求所述的快速溶胀、酶催化降解水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：

7、s1、胶原液制备：将丙烯酸、单端双键聚乙二醇(mpeg-aclt，2kda)与蔗糖peg按照质量比200:100:1到200:100:10配比，然后溶于超纯水中；

8、s2、向混合溶液中通入氮气，然后再超声，重复本步骤，除去溶液中的氧气；

9、s3、将苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)加入混合溶液溶解，得到胶原液；

10、s4、水凝胶制备：将胶原液注入玻璃模具中，然后置于紫外光(365nm，8w)下照射，直至聚合成水凝胶。

11、优选向混合溶液中通氮气5分钟，再超声5分钟，重复三次，除去溶液中的氧气。在紫外光(365nm，8w)下照射2小时。

12、进一步，所述快速溶胀、酶催化降解水凝胶的制备方法，其特征在于，将聚合成的水凝胶在超纯水中浸泡、清洗未聚合分子；再将水凝胶放入烘箱烘干。

13、一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，应用于制备酶响应降解水凝胶及水凝胶在药物载体。

14、一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，应用于促进减肥的产品。

15、水凝胶中的多臂亲水高分子与线型高分子均具有良好的生物相容性，保证了水凝胶可食用。

16、水凝胶中的多臂亲水高分子与线型高分子均具有良好的生物相容性，通过美国食品药品监督管理局(fda)认证，保证了水凝胶无毒害性。

17、本发明的技术效果如下：1.相对于传统的水凝胶减肥辅助产品，本水凝胶具有受生理环境调控的降解性，在蔗糖酶的作用一段时间后可降解为液态，排出体外，不影响正常的生理功能。

18、2.相对于传统的减肥药，本水凝胶不参与、影响体内任何生理化学反应，不会产生副作用。

19、3.本水凝胶实现了酶参与调控的降解过程，能够用于制备在含酶环境中可降解的水凝胶载体。

技术特征：

1.一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，所述水凝胶为由蔗糖分子连接的多臂亲水高分子和聚合线型高分子交联构成。

2.根据权利要求1所述新型快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的线型高分子为丙烯酸与单端双键聚乙二醇共聚物。

3.根据权利要求1所述新型快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，所述由蔗糖分子连接的多臂亲水高分子为由蔗糖分子连接的聚乙二醇，即蔗糖peg。

4.一种权利要求所述的快速溶胀、酶催化降解水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：

5.根据权利要求4所述快速溶胀、酶催化降解水凝胶的制备方法，其特征在于，将聚合成的水凝胶在超纯水中浸泡、清洗未聚合分子；再将水凝胶放入烘箱烘干。

6.一种权利要求1所述快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，应用于制备酶响应降解水凝胶及水凝胶在药物载体。

7.一种权利要求1所述快速溶胀、酶催化降解水凝胶，其特征在于，应用于促进减肥的产品。

技术总结
本发明公开了一种快速溶胀、酶催化降解水凝胶及其制备方法和应用，本发明中基于由蔗糖分子连接的多臂亲水高分子交联的水凝胶溶胀速率快，溶胀率高，并且在蔗糖酶存在环境中降解速率快，可以广泛用于制备在酶响应生物降解的水凝胶载体和促减肥产品。

技术研发人员：薛斌,于文婷,曹毅,秦猛,王炜
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12