非自由基光化学交联水凝胶材料制备方法、其产品及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物材料领域，具体涉及一种非自由基光化学交联制备水凝胶材料的 方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是一类高度含水的具有三维网络交联结构的聚合物材料，由于其具有优 秀的生物相容性及一定的机械强度，可以高度拟合生物组织的微环境，因此广泛应用于组 织工程和再生医学。其中，临床创面的组织修复和隔离是当前组织工程和再生医学的一 个重要范畴。目前应用于创面组织修复和隔离的材料主要有固体膜材料（RoyceJohnson et.al.U.S.Pat.No.US7070584B2,issuedJuly4, 2006)、成型的胶体材料（YeongHua Huanget.al.U.S.Pat.No. 6238691B1,issuedMay29, 2001)和创面原位成胶材料。
[0003] 其中，固体膜材料成本比较高，不易与创面贴附，容易脱落，需要额外固定，因此使 用不方便，而且其生物降解性也严重影响了它的应用。而成型的胶体材料是将已经成好胶 的材料应用于创面上，同样，这种材料也不能完全与创面的形状吻合，进而不能完全覆盖创 面的组织，影响了其有效性。相比于前两类材料，创面原位成胶材料在创面处原位成胶，塑 形非常好，可以与创面的形状完全吻合，因此，它与创面组织的贴附性很好，不容易脱落。目 前，市场上应用的原位创面组织修复和隔离材料主要有单组份温敏性凝胶（PaulA.Higham et.al.U.S.Pat.No.US5093319A,issuedMar. 3, 1992)和双组份化学交联型凝胶（Zalipsky et.al.U.S.Pat.NO.US5122614,issuedJune16, 1992)。温敏性凝胶溶液不仅不容易储存， 而且凝胶强度比较差，其可调范围也很窄。双组份化学交联型水凝胶材料虽然成胶速度较 快，凝胶强度较大，强度可调范围也较宽，但是该类材料的成胶时间不可控，操作不方便，以 及混合该双组份材料用于成胶的器械非常昂贵，大大增加了其应用成本，限制了这类材料 的广泛应用。
[0004] 光引发成胶材料以其在光的非物理接触、时空精确可控上的优势受到了广泛的 关注。传统的自由基引发的光聚合（Hubbellet.al.U.S.Pat.No. 6060582A，issuedMay 9, 2000,by)以及在它基础上进一步发展形成的thiol-ene反应（ChristopherBowman et.al.U.S.Pat.NO.US7288608B2,issuedOctober30,2007)是光致成胶反应的典型代表。 但是在这种体系中，必须有小分子光引发剂的参与，而光照引发剂产生的自由基对细胞或 生物组织具有很大的毒副作用。此外，这种光引发剂对氧气也极其敏感，因此难以制备相对 薄层的水凝胶。而在创面的组织修复和隔离中，往往需要薄层涂覆，因此，上述传统的光引 发成胶材料在创面处是难以达到原位成胶的目的。
[0005] 为了克服现有材料的缺点与不足，本发明者提出了一种新型的非自由基光交联的 化学方法用于构筑水凝胶。这种非自由基光交联构筑水凝胶方法不仅可克服自由基的毒性 及怕氧的缺陷，同时具有精确的时空可控性和合成简单等特点。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的是提供一种非自由基光交联水凝胶材料制备方法。
[0007] 本发明的另一个目的是提供非自由基光交联水凝胶材料制备方法制得的产品。
[0008] 本发明的再一个目的是提供非自由基光交联水凝胶材料制备方法所制得产品的 应用。
[0009] 本发明的非自由基光交联水凝胶材料制备方法包括以下步骤：将组分A-邻硝基 苄基类光扳机修饰的高分子衍生物溶于生物相容性介质得到溶液A，将组分B-酰肼、羟胺 或伯胺类高分子衍生物溶于生物相容性介质得到溶液B;将溶液A和溶液B混合均匀得到 水凝胶前驱体溶液；水凝胶前驱体溶液在光源照射下，组分A中的邻硝基苄基在光激发下 产生的醛基与组分B中的酰肼、羟胺或伯胺基团以分别形成腙、肟、希夫碱的形式交联形成 水凝胶。
[0010] 组分A-邻硝基苄基类光扳机修饰的高分子衍生物具有式I结构：
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[0012] 其中，R1为-H或选自以下组的取代基：酯键类如-CO(CH2)xCH3、-CO(CH2CH20) xCH3、-CO(CH2)x (CH2CH20)yCH3等，醚键类如-(CH2)xCH3、- (CH2CH20)仰 X)等，碳酸酯键类如-C〇〇(CH2)xCH3、-C00(CH2CH20)xCH3、-C00(CH2)x(CH2CH20)yCH^，异 氰酸酯键类如-conh(ch2)xch3、-conh(ch2ch2o)xch3、，其中X和y彡0且为整数；私为-H或选自以下组的取代基：-0(CH2)xCH3、-0(CH2CH20)xCH3、-0(CH2) x (CH2CH20) ^氏等，其中X和y彡0且为整数；R3选自氨基类连接键-o(CH2)xC0NH(CH2) yNH-等、卤代类连接键-0 (CH2)x-等和羧基类连接键-0 (CH2)XC0-等，其中x和y彡1且为整 数；心为-H或_0)见1(012)：!013等取代基，其中x彡0且为整数；Pi为亲水性或水溶性天然多 糖类或蛋白及多肽类或亲水性或水溶性合成聚合物等。
[0013] 组分B-酰肼、羟胺或伯胺类高分子衍生物分别具有结构式IIA、IIB和IIC:
[0014]
[0015] 其中，n> 2,P2、P3、P4S亲水性或水溶性天然多糖类或蛋白及多肽类或亲水性或 水溶性合成聚合物等。
[0016] 本发明的制备方法中，邻硝基苄基类光扳机修饰的高分子衍生物中的高分子Pi 可以是亲水或水溶性天然高聚物，例如天然多糖类（如：透明质酸、肝素、海藻酸、葡聚糖、 羧甲基纤维素、乙二醇壳聚糖、丙二醇壳聚糖、壳聚糖乳酸盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐 等）及其修饰物或降解物；也可以是蛋白或多肽类，比如各种亲水性或水溶性动植物蛋白、 胶原、血清蛋白、明胶及其修饰物、改性物和及其降解的多肽类等；也可以是亲水或水溶 性合成聚合物，例如两臂或多臂聚乙二醇、聚乙烯亚胺、树枝体、合成多肽、聚赖氨酸或（甲 基）丙烯酸酯或（甲基）丙烯酰胺等；以上聚合或接枝的水溶或亲水性聚合物中，单分子聚 合物的邻硝基苄基类光扳机的平均个数大于或等于2(即n> 2)。另外，所述的邻硝基苄基 修饰的高分子衍生物可以是同时含有一种或一种以上不同基团的亲水或水溶性高分子，或 者是一种或一种以上不同基团的亲水或水溶性高分子的混合物。
[0017] 本发明制备方法中，酰肼、羟胺或伯胺类高分子衍生物中，p2-(C0-NH-NH2)n代表含 多酰肼基（n> 2)的水溶性或亲水性的高分子，高分子可以为天然多糖（如葡聚糖、透明质 酸、肝素、海藻酸、羧甲基纤维素、乙二醇壳聚糖、丙二醇壳聚糖、壳聚糖乳酸盐、羧甲基壳聚 糖、壳聚糖季铵盐等）及其修饰或降解物；也可以是蛋白及多肽类（如各种亲水性或水溶 性动植物蛋白、胶原、血清蛋白、明胶等）及其修饰物、改性物和及其降解的多肽类；也可以 是合成的亲水或水溶性共聚物，例如聚乙二醇类（如两臂或多臂羧基聚乙二醇）、聚乙烯亚 胺、树枝体、合成多肽、聚赖氨酸、（甲基）丙烯酸酯或（甲基）丙烯酰胺的聚合物及其修饰 物。其中，P3-(〇_NH2)n代表含多（n彡2)羟胺基的水溶性或亲水性的高分子。高分子可以 为天然多糖（如葡聚糖、透明质酸、肝素、海藻酸、羧甲基纤维素、乙二醇壳聚糖、丙二醇壳 聚糖、壳聚糖乳酸盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐等）及其修饰物或降解物，也可以是蛋 白及多肽类（如亲水性或水溶性动植物蛋白、胶原、血清蛋白、明胶）及其修饰物、改性物和 及其降解的多肽，也可以为人工聚合的亲水或水溶性共聚物，例如两臂或多臂聚乙二醇类、 聚乙烯亚胺、树枝体、合成多肽、聚赖氨酸、（甲基）丙烯酸酯或（甲基）丙烯酰胺的聚合物 及其修饰物。其中，P4_(NH2)n代表含多（n> 2)氨基基团的水溶性或亲水性的高分子，可 以是人工合成聚胺类高分子及其修饰物（如聚乙烯亚胺、树枝体，两臂或多臂氨基聚乙二 醇），或天然含氨基多糖类亲水或水溶性高分子及其修饰物或降解物（如乙二醇壳聚糖、丙 二醇壳聚糖、壳聚糖乳酸盐、壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳寡糖等）；也可以是蛋白及多 肽类（如亲水性或水溶性动植物蛋白、胶原、血清蛋白、明胶）及其改性物或降解物和及其 降解的多肽；也可以为人工聚合的亲水或水溶性共聚物，例如两臂或多臂聚乙二醇类、聚乙 烯亚胺、树枝体、合成多肽、聚赖氨酸、（甲基）丙烯酸酯或（甲基）丙烯酰胺的聚合物及 其修饰物。另外，所述的酰肼、羟胺或伯胺类高分子衍生物也可以是同时含有以上一种或一 种以上不同基团的亲水或水溶性高分子，或者含有一种或一种以上不同基团的亲水或