一种新型纳米水凝胶的制备方法及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种纳米水凝胶及其制备方法，该纳米水凝胶包括反应基质1?5份、糖类化合物1?5份、醇类化合物3?20份、氧化剂0.1?0.5份、碱溶液1?5份、致孔剂1?5份、催化剂0.2?1份醚化剂10?20份及反应介质10?20份，本发明制备得到的纳米水凝胶具有生物相容性高、体系稳定、可以提高药效的纳米水凝胶载体，具有极高载药率和生物抗菌性。
【专利说明】
一种新型纳米水凝胶的制备方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明涉及高分子化学、生物化学、药物制剂等技术领域，提供了一种新型纳米水 凝胶材料及其制备方法和用途。
【背景技术】
[0002] 在21世纪，心血管疾病、肿瘤与糖尿病成为危害人类健康的三大疾病，目前，临床 中使用的常规药物制剂，如溶液、悬液或乳液等，存在生物利用度低，稳定性差，靶向性弱等 局限性，并具有一定的毒副作用，已逐渐不能满足临床用药的需求，纳米技术的发展有望在 这一方面取得突破。
[0003] 与传统的药物制剂相比，纳米药物载体具备特定的优势，表现在：1)纳米药物载体 可经血液循环进入毛细血管，还可透过内皮细胞间隙，进入病灶，被细胞以胞饮的方式吸 收，实现靶向用药，提高了药物的生物利用率。2)纳米载体粒径较小，拥有较高的比表面，可 以包埋疏水性药物，提高其溶解性，减少常规用药中助溶剂的副作用。3)纳米药物载体经靶 向基团修饰后可实现靶向药物给药，可减少用药剂量，降低其副作用。4)纳米载体可延长药 物的消除半衰期，提高有效血药浓度时间，提高药效，降低用药频率，减少其毒副作用。5)纳 米载体可透过机体屏障对药物作用的限制，使药物到达病灶，提高药效。
[0004] 然而，目前纳米药物载体的应用还不成熟，纳米材料的生物安全性还需要进一步 的论证、研究。与单纯的药物相比，纳米药物载体可实现靶向药物治疗。在特定的导向机制 作用下，纳米药物载体输送药物到特定靶点，发挥治疗作用，可达到药剂用量少、毒副作用 低、药效持续、生物利用度高、长时间保持靶目标的有效药物浓度的效果。
[0005] 纳米药物载体具有生物相容性、缓释控释、靶向给药、提高药效等特点，已成为药 剂学研究的热点。除了靶向药物给药系统外，纳米药物载体还可以实现肿瘤的早期诊断，降 低肿瘤细胞的转移，逆转肿瘤细胞的多药耐药性，根据个性特征进行个性化治疗等，在疾病 治疗领域凸显广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种生物相容性高、体系稳定、可以提高药效的纳米水凝胶 载体。
[0007] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
[0008] -种纳米水凝胶，其特征在于，由按重量份计的下述组分组成： 反应基质 1.-.5份 糖类化合物 1-5份 醇类化合物 3-20份 氧化剂 （U-0.5份
[0009] 碱溶液 1-5份 致孔剂： 1-5份 催化剂 0.2-1份 醚化剂 10-20份 反应介质 10-20份
[0010] 所述反应基质为海藻酸钠、海藻酸中的一种或两种组合物。
[0011] 所述糖类化合物为壳聚糖、β-环糊精、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、淀粉、纤维素中 的一种或两种以上组合物，其中壳聚糖具有良好的生物相容性、生物粘附性，可作为一种粘 合剂使用，与海藻酸钠配合使用效果最佳，形成复合的对人体无毒无害、生物相容性较好的 纳米水凝胶。
[0012] 所述的醇类化合物为无水乙醇、乙二醇一种；乙二醇能与高碘酸钠反应，乙二醇碳 链断裂生成醛，反应比为1:1，可将未反应的氧化剂去除;无水乙醇将沉淀析出，多次洗涤产 物。
[0013] 所述的氧化剂为高碘酸钠、高锰酸钾中的一种;该氧化剂可与乙二醇按1:1反应， 生成醛基，未反应完全的氧化剂与乙二醇反应而去除。
[0014] 所述的碱溶液为质量分数为20 %的氢氧化钠溶液;壳聚糖含有较强的氢键，致密 的晶型结构，使反应物难已渗透其中参与反应，须对壳聚糖进行预溶胀处理(碱化处理）生 成的碱化壳聚糖具有很强的化学反应能力，壳聚糖经过碱的膨化作用发生预溶胀，有利于 反应试剂向壳聚糖内的扩散，使环氧丙烷能与碱化壳聚糖充分发生反应。
[0015] 所述的致孔剂为氯化钠;在氯化钠存在的条件下，由于小分子电解质的屏蔽作用 使聚电解质海藻酸钠分子链发生coil-to-glouble转变，形成聚电解质微粒。当单体和交联 剂在聚电解质微粒周围聚合物形成聚合物网络后，除去聚电解质微粒即形成多孔结构的纳 米水凝胶。
[0016] 所述的催化剂为四甲基氢氧化铵;该催化剂能提高产物的取代度。壳聚糖与环氧 丙烷的反应是非均相反应，适当加入相转移催化剂，可在一定程度上增加环氧丙烷与壳聚 糖的接触机会，提尚环氧丙烷的利用率，有利于反应的进行。
[0017] 所述的醚化剂为环氧丙烷;该醚化剂可与碱化处理的反应物发生反应，生成羟丙 基化合物，改善分子的空间结构，削弱壳聚糖分子间和分子内的氢键作用，制备水溶性壳聚 糖衍生物羟丙基壳聚糖。
[0018] 所述的反应介质为异丙醇；该反应介质对壳聚糖具有一定的溶胀作用，碱化时可 确保碱液能够均匀地渗透分散，能将碱化过程中放出的热量传递出来，减少了碱化壳聚糖 的水解逆反应。同时，异丙醇的存在，还可提高反应活性和反应的均匀性，从而得到取代度 较高、更加均匀的碱化壳聚糖。
[0019] 本发明所述的纳米水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0020] (1)将反应基质溶于80份蒸馏水中加入氧化剂，在40°C避光反应6h，加入醇类化合 物和致孔剂，搅拌15min终止反应，将沉淀析出、洗涤、抽滤，45°C真空干燥，所得固体粉末在 蒸馏水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgNO 3溶液中，确保无沉淀产生，然后将透析 液冷冻干燥；
[0021] (2)室温下将糖类化合物中加入碱溶液中搅拌均匀，进行碱化处理，加入反应介 质、催化剂、醚化剂，常温下反应Ih后，45°C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入 20份的蒸馏水搅拌溶解，在55 °C下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用；
[0022] (3)将步骤(1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8 份步骤(1)配成的溶液，按质量比4:5的加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌 后静置得到纳米水凝胶。
[0023] 综上所述，上述制备方法得到的水凝胶具有亲水性、无毒无害、生物相容性良好、 体系稳定、新型的具有医用潜力的纳米水凝胶。该材料具有很强的抗菌性且载药率高，可长 时间保持靶目标的有效药物浓度的效果。且整个制备过程绿色无污染、可操作性强，加入纤 维素后使得凝胶的亲水性增强，产率较高。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本 发明，而非用于限定本发明的范围。
[0025] 实施例1
[0026] -种纳米水凝胶，由按重量份计的下述组分组成： 海藻酸 3份 蔗糖 3份 纤维素 3:份 乙二醇 ID份 无水乙醇 10份
[0027] 高碘酸钠 0.2份 质量分数为20%的氢氧化钠溶液 4份 氯化钠 1-5份 四甲基氢氧化铵 0,8份 环氧丙烷 16份 异丙醇 15份
[0028] (1)将3份海藻酸溶于80份蒸馏水中加入0.2份高碘酸钠，在40 °C避光反应6h，加入 10份乙二醇和3份NaCl搅拌15min终止反应，用10份无水乙醇将沉淀析出、洗涤、抽滤，45 °C 真空干燥，所得固体粉末在蒸馏水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgNO3溶液中，确 保无沉淀产生，然后将透析液冷冻干燥；
[0029] (2)室温下将3份蔗糖和3份纤维素中加入4份质量分数为20%的氢氧化钠溶液中 搅拌均匀，进行碱化处理，加入15份异丙醇、0.8份四甲基氢氧化铵、16份环氧丙烷，常温下 反应Ih后，45 °C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入20份蒸馏水搅拌溶解，在55 °〇下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用；
[0030] (3)将步骤(1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8 份步骤(1)配成的溶液，按质量比4:5加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌后 静置得到纳米水凝胶。
[0031] 实施例2
[0032] -种纳米水凝胶，由按重量份计的下述组分组成： 海蔆酸钠 3份 β -环糊精 5份 纤维素 _5_份 乙二醇 6份 无水乙醇 12份
[0033] 高锰酸钾 0.4份 质量4^数为20%的氢氧化钠溶液 3份 氯化钠 2份 四甲基氢氧化铵 0,6份 环氧丙烷 10份 异丙醇 18份
[0034] (1)将3份海藻酸钠溶于80份蒸馏水中加入0.4份高锰酸钾，在40 °C避光反应6h，加 入6份乙二醇和2份NaCl搅拌15min终止反应，用12份无水乙醇将沉淀析出、洗涤、抽滤，45 °C 真空干燥，所得固体粉末在蒸馏水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgNO3溶液中，确 保无沉淀产生，然后将透析液冷冻干燥；
[0035] (2)室温下将5份β-环糊精和5份纤维素中加入3份质量分数为20%的氢氧化钠溶 液中搅拌均匀，进行碱化处理，加入18份异丙醇、0.6份四甲基氢氧化铵、10份环氧丙烷，常 温下反应Ih后，45 °C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入20份蒸馏水搅拌溶解， 在55°C下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用；
[0036] (3)将步骤(1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8 份步骤(1)配成的溶液，按质量比4:5加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌后 静置得到纳米水凝胶。
[0037] 实施例3
[0038] -种纳米水凝胶，由按重量份计的下述组分组成： 海藻酸 1份
[0039] 壳聚糖 2份 β -环糊精 2份 乙二醇 3份 无水乙醇 15份 高猛酸钾 03份
[0040] 质量分数为20%的氢氧化钠溶液 _4份_ 氯化钠 1份 四甲基氢氧化铵 0.6份 环氧丙烷 20份 异丙醇 12份
[00411 (1)将1份海藻酸溶于80份蒸馏水中加入0.3份高锰酸钾，在40°C避光反应6h，加入 3份乙二醇和1份NaCl搅拌15min终止反应，用15份无水乙醇将沉淀析出、洗涤、抽滤，45 °C真 空干燥，所得固体粉末在蒸馏水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgNO3溶液中，确保 无沉淀产生，然后将透析液冷冻干燥；
[0042] (2)室温下将2份壳聚糖和2份β-环糊精中加入4份质量分数为20%的氢氧化钠溶 液搅拌均匀，进行碱化处理，加入12份异丙醇、0.6份四甲基氢氧化铵、20份环氧丙烷，常温 下反应Ih后45°C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入20份蒸馏水搅拌溶解，在 55°C下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用；
[0043] (3)将步骤(1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8 份步骤(1)配成的溶液，按质量比4:5加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌后 静置得到纳米水凝胶。
[0044] 实施例4
[0045] -种纳米水凝胶，由按重量份计的下述组分组成： 海藻酸钠 2份 壳聚糖 2份
[0046] 纤维素 4份 乙二醇 10份 无水乙醇 13份 高碘酸钠 O J份 质量分数为20%的氢氧化钠溶液 2份 氯化钠 4份
[0047] 四甲基氢氧化铵 0.6份 环氧丙烷 10份 异丙醇 1:8份
[0048] (1)将2份海藻酸钠溶于80份蒸馏水中加入0.1份高碘酸钠，在40 °C避光反应6h，加 入10份乙二醇和4份NaCl搅拌15min终止反应，用13份无水乙醇将沉淀析出、洗涤、抽滤，45 °(：真空干燥，所得固体粉末在蒸馏水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgNO3溶液中， 确保无沉淀产生，然后将透析液冷冻干燥；
[0049] (2)室温下将2份壳聚糖和4份纤维素加入2份质量分数为20%的氢氧化钠溶液搅 拌均匀，进行碱化处理，加入18份异丙醇、0.6份四甲基氢氧化铵、10份环氧丙烷，常温下反 应Ih后45 °C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入20份的蒸馏水搅拌溶解，在55 °〇下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用；
[0050] (3)将步骤(1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8 份步骤(1)配成的溶液，按质量比4:5加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌后 静置得到纳米水凝胶。
[0051 ] 试验例
[0052]普通纳米水凝胶与本发明制备的纳米水凝胶按下列标准测试:载药率、抗菌性。 [0053] 载药率测试：
[0054] 取实施例4制得的纳米水凝胶IOmg，加入9mg阿奇霉素，配成20mL的磷酸盐缓冲溶 液，常温下搅拌24h，产物经离心、冷冻干燥制成负载有阿奇霉素的纳米水凝胶药物载体，载 药率的比重为78.6%。
[0055] 抗菌性测试：
[0056] 实验设计量于步骤(2)溶液中加入不同浓度的磺胺嘧啶银，再加入SmL的步骤（1) 溶液，根据磺胺嘧啶银的加入量(分别为〇. 〇 1，〇. 02，0.03，0.04，0.05g)，将水凝胶分别标记 为ASPS-AghASPS-AghASPS-AghASPS-AghASPS-Ags，按上述方法制得上述磺胺嘧啶银水凝 胶。采用抑菌圈法测定水凝胶的抑菌性能。
[0057]以采样器制得水凝胶圆柱形样品，在紫外灯下光照灭菌Ih;采用肉汤培养基作为 细菌培养基，成分(质量分数/%)为:牛肉膏0.8%，蛋白胨1 %，NaCl 0.5%，琼脂2.5%，蒸 馏水余量，以〇. lmol/L NaOH溶液调节pH值至7.2;经高温高压灭菌倾注至培养皿中，待其自 然冷却制得平板;大肠杆菌或金黄葡萄球菌加入到PBS溶液中配制成菌悬液，浓度为15~ 30cfu · ml/1，均匀涂布于平板上;将预处理过的水凝胶样品置于平板中心，于37°C培养箱中 培养24h，测量样品的抑菌圈大小。抑菌圈变化率按下式计算:R= X 100%，
[0058] 式中：D(mm)为抑菌圈外围直径;d(mm)为水凝胶样品直径。
[0059]表1加入磺胺嘧啶银前后的水凝胶(黄金葡萄球菌悬菌液)抑菌圈变化率
[0063]结果表明：引入磺胺嘧啶银作为抗菌剂，以金黄葡萄球菌和大肠杆菌为实验菌种 进行抗菌测试，结果表明引入磺胺嘧啶银后，水凝胶具有良好的抑菌性能;且随步骤（1)加 入量的增大水凝胶内部空间结构越来越密实。
[0064]与空白水凝胶相比，抗菌剂的引入对水凝胶的内部三维网络结构无明显影响，但 引入磺胺嘧啶银后水凝胶骨架表面出现少许颗粒沉积，加入不用浓度的磺胺嘧啶银的水凝 胶抑菌圈变化率较空白水凝胶的抑菌圈变化率有了明显提高，抑菌效果良好。
【主权项】
1. 一种纳米水凝胶，其特征在于，由按重量份计的下述组分组成： 反应基质 1-5份 糖类化合物 1-5份 醇类化合物 3-20份 氧化剂 0.1-0 5份 碱溶液 1-5份 。 致孔剂 1-5份 催化剂 0.2-1份 醚化剂 10-20份 反应介质 10-20份2. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述反应基质为海藻酸钠、海藻酸中 的一种或两种组合物。3. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述糖类化合物为壳聚糖、β_环糊精、 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、淀粉、纤维素中的一种或两种以上组合物。4. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述的醇类化合物为无水乙醇、乙二 醇中的一种。5. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述的氧化剂为高碘酸钠、高锰酸钾 中的一种。6. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述的碱溶液为质量分数为20%的氢 氧化钠溶液。7. 如权利要求1所述的纳米水凝胶，其特征在于，所述的致孔剂为氯化钠;所述催化剂 为四甲基氢氧化铵;所述醚化剂为环氧丙烷;所述的反应介质为异丙醇。8. 权利要求1所述的纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将反应基质溶于80份蒸馏水中加入氧化剂，在40°C避光反应6h，加入醇类化合物和 致孔剂，搅拌15min终止反应，将沉淀析出、洗涤、抽滤，45°C真空干燥，所得固体粉末在蒸馏 水中透析，期间不停换水，取透析液加入到AgN0 3溶液中，确保无沉淀产生，然后将透析液冷 冻干燥； (2) 室温下将糖类化合物中加入碱溶液中搅拌均匀，进行碱化处理，加入反应介质、催 化剂、醚化剂，常温下反应lh后，45°C下恒温反应6h，将溶液静置，滤去上层清夜，加入20份 的蒸馏水搅拌溶解，在55 °C下于旋转蒸发仪中旋蒸20min，取出待用； (3) 将步骤（1)和(2)得到的产物分别溶于蒸馏水，配成质量分数为6%的溶液，取8份步 骤(1)配成的溶液，按质量比4:5的加入量向其中加入步骤(2)配成的溶液，经充分搅拌后静 置得到纳米水凝胶。
【文档编号】A61K47/36GK105860103SQ201610356283
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】秦大伟, 袁晓彤
【申请人】齐鲁工业大学