砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，具体涉及一种砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的甲壳素(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为β (1-4)-2-氨基葡聚糖。壳聚糖是具氨基的直链多糖，生物相容性好、可生物降解，被广泛用于蛋白质药物的载体。利用壳聚糖的成膜性和PH响应性，可在电极表面原位生成壳聚糖凝胶，壳聚糖的这种特殊性质为其作为蛋白控释芯片的载体提供了独特的优势。
[0003]利用壳聚糖与蛋白质的共沉积作用在电极表面生成凝胶，随后采用电信号控释蛋白。存在的问题是蛋白质在释放初期发生暴释，且凝胶的电场响应性能还需进一步提高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶及其制备方法和应用。本发明反应条件温和，制备过程简单快速，环境友好，对壳聚糖无破坏。
[0005]本发明提供的技术方案具体如下:
[0006]一种砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)常温下，将壳聚糖粉末加入到去离子水中，边搅拌边用浓盐酸调节溶液pH至3，待壳聚糖完全溶解后，再用NaOH溶液调节溶液pH至5，继续搅拌至溶液变澄清，然后向溶液中加入H2O2和NaCl，搅拌至固体完全溶解，得到溶液A ；
[0008](2)向溶液A中加入片状纳米负载有蛋白质的层状双金属氢氧化物，混合均匀，得到溶液B ;
[0009](3)采用恒电流工作模式，在阳极和阴极间加0.0015-0.0025A的电流对溶液B
进行壳聚糖和负载有蛋白质的层状双金属氢氧化物的共沉积，然后将阴极表面的共沉积产物在60°C下干燥，得到层状双金属氢氧化物和壳聚糖相互交替的多层结构复合凝胶，即砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶。
[0010]所述的溶液A中，壳聚糖的浓度为0.01g/mL，H2O2的体积分数为0.25%, NaCl的质量分数为0.25%。
[0011 ] 所述的NaOH溶液的浓度为lmol/L。
[0012]所述的阳极为铂丝，所述的阴极为钛片。
[0013]所述的层状双金属氢氧化物的分子式为Mg2Al (OH)6Cl.χΗ20ο
[0014]所述的蛋白质为胰岛素。
[0015]所述的负载有蛋白质的层状双金属氢氧化物的制备方法，包括以下步骤:将4质量份的层状双金属氢氧化物和I质量份的蛋白质加入到pH为8.6的甘氨酸-NaOH缓冲溶液中，常温下搅拌5h，以16000rpm的速度离心5min，用缓冲液清洗两次，冻干并研磨，即得到负载有蛋白质的层状双金属氢氧化物。
[0016]一种砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶，由上述制备方法制备得到。
[0017]上述砖-泥结构的多敏感壳聚糖凝胶在基因、抗体以及药物的可控释放领域中的应用。
[0018]本发明的制备原理如下:
[0019]先把蛋白质负载到一种无机纳米材料一层状双金属氢氧化物(LDHs)上，再和壳聚糖溶液混合共沉积。LDHs是一种无机层状纳米材料，结构通式为[Mh2+Mx3+(OH)2]x+[Xn_x/?].mH20，M为Mg2+，Al3+，Zn2+等金属离子，X "_为碱性条件下可稳定存在的阴离子。与绝大多数矿物带负电荷不同，其片层表面带正电荷，层间存在平衡阴离子。LDHs具有很强的离子交换能力，生物相容性好，已作为多肽、蛋白质、核酸和基因的分子容器，且能提高生物分子的稳定性，是一种极具前途的“绿色”载体材料。
[0020]这种有机-无机材料复合的方式提高电沉积壳聚糖凝胶的电场响应性能和电场控释能力，而且LDHs对电信号也具有响应性，在电场作用下，带正电荷的纳米片层能在负极表面发生取向转变，生成多层结构。带正电荷的片状纳米材料与带正电荷的氨基多糖混合形成均一溶液；采用电化学共沉积模式，在阴极表面生成多层的有机-无机复合凝胶；该凝胶具有离子、PH值、电敏感的特性，可以通过离子、pH值以及不同电压控制对包载药物的释放。
[0021]本发明具有以下优点和有益效果:
[0022](I)本发明反应条件温和，制备过程简单快速，对壳聚糖无破坏；
[0023](2)本发明壳聚糖-LDH复合凝胶形成的砖_泥结构与自然界贝壳的结构类似，一方面能提高壳聚糖凝胶的力学性能，另一方面能极大提高蛋白质在壳聚糖凝胶中的电场响应能力；
[0024](3)该有机-无机复合凝胶具有离子、pH、电敏感等的特性，与微电子学相结合，可应用于基因、抗体以及药物的可控制释放等领域，打破传统被动给药的方式，实现它们的精确可控释放。
【附图说明】
[0025]图1为实施例2中纯壳聚糖凝胶和壳聚糖-LDH复合凝胶的扫描电镜对比图；其中，图1(A)为纯壳聚糖凝胶的扫描电镜图，图1(B)为壳聚糖-LDH复合凝胶的扫描电镜图。
[0026]图2为胰岛素在含有不同阴离子、不同pH值的缓冲溶液释放曲线图。
[0027]图3为胰岛素在加电场条件下的释放曲线图。
【具体实施方式】
[0028]实施例1:负载有胰岛素的层状双金属氢氧化物制备
[0029](I)层状双金属氢氧化物Mg2Al (OH)6Cl.XH2O的制备:配置80mL含有MgCl2 (24mmol)和AlCl3 (8.0mmol)的溶液，在通氮气的条件下，5s之内快速倒入320mLNaOH(0.15M)溶液中，隔绝空气搅拌15min。将混合溶液以9000rpm的速度离心5min，用去离子水清洗两遍，再用HOmL去离子水混合均匀，倒入反应釜中，在烘箱中100°C下反应18h。LDH结晶后，以16000rpm的速度离心5min，冻干，研磨成粉末，即得到分子式为Mg2Al (OH)6Cl.xH20的层状双金属氢氧化物。
[0030](2)胰岛素负载:称取0.25g准备好的LDHs和62.5mg胰岛素加入50mL pH8.6的甘氨酸-NaOH缓冲溶液中，常温下搅拌5h，以16000rpm的速度离心5min，用缓冲液清洗两次，冻干并研磨，即负载有胰岛素的层状双金属氢氧化物。
[0031]实施例2
[0032]将Ig壳聚糖加入到99mL去离子水中，边搅拌边用浓HCl调节溶液pH至3，待壳聚糖完全溶解后，再用lmol/L的NaOH溶液调节pH至5，得到浓度为0.01g/mL的壳聚糖溶液，向溶液中加入200uL H2O2和0.25g NaCl (H 202可减少沉积过程中气泡的生成，NaCl可增加溶液导电性)，搅拌至完全溶解，得到溶液A。
[0033]取0.15mg负载有胰岛素的层状双金属氢氧化物加入到15mL溶液A中，搅拌使其混合均匀，得到溶液B。
[0034]利用铂丝作为阳极，4cmX2cmX 100 μ m的钛片为阴极，