聚谷氨酸/海藻酸鈉粘附性水凝膠及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種聚谷氨酸/海藻酸鈉粘附性水凝膠及其制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)將具有組織粘附性能的兒茶酚基團(tuán)引入到聚L?谷氨酸/海藻酸鈉席夫堿凝膠體系，通過酰肼化聚L?谷氨酸和氧化海藻酸鈉之間的席夫堿交聯(lián)構(gòu)建第一交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，將三價(jià)鐵離子的絡(luò)合作用作為第二交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建水凝膠，盡量多地保留兒茶酚殘基，同時(shí)在酰肼化的聚L?谷氨酸組分混入一定量的三價(jià)鐵，最大限度地發(fā)揮兒茶酚基團(tuán)的組織粘附性，同時(shí)避免常規(guī)兒茶酚氧化交聯(lián)所帶來的組織毒性等的問題。所采用的材料均具有良好的生物相容性，避免了通過氧化劑氧化交聯(lián)帶來的各種缺陷，并最大限度地保留粘附性基元，在組織工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種聚谷氨酸/海藻酸鈉粘附性水凝膠及其制備方法。
技術(shù)介紹
海洋貽貝可通過足絲粘附在諸多有機(jī)及無(wú)機(jī)材料表面，這種特殊的生物粘附系統(tǒng)具有很高的強(qiáng)度、耐水性和自我修復(fù)的功能，其主要成分是富含鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的粘附蛋白。水凝膠是一種可以溶脹的3D材料，近年來在組織工程領(lǐng)域中得到廣泛關(guān)注。將具有粘附性的兒茶酚殘基通過化學(xué)合成或改性的方法引入到生物相容性的高分子鏈上，再利用兒茶酚氧化偶聯(lián)的方法構(gòu)建粘附性水凝膠成為一種主流的制備方法，然而，這種制備方法存在明顯的缺陷，如高碘酸鈉的加入會(huì)對(duì)周圍組織造成毒性，氧化過程中會(huì)有副產(chǎn)物生成。氧化交聯(lián)過程中會(huì)損耗部分兒茶酚殘基，從而減弱了材料的組織粘附性，限制了兒茶酚改性材料在組織工程中的應(yīng)用。聚L-谷氨酸（PLGA）是α-氨基酸之間由肽鍵相連接而成的合成高分子多肽，具有優(yōu)良的生物相容性和低免疫原性，促進(jìn)組織修復(fù)和細(xì)胞生長(zhǎng)，無(wú)毒副作用，可模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的成分，且其降解產(chǎn)物為谷氨酸單體，可被人體吸收；海藻酸鈉(ALG)是從褐藻中提取出的天然線性多糖，具有良好的生物相容性，部分氧化的海藻酸鈉的生物降解性能明顯改善，使其在組織工程中的應(yīng)用更加廣泛。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)沒有直接使用在人體內(nèi)不易降解的海藻酸鈉，而是采用氧化海藻酸鈉，既提供席夫堿反應(yīng)的醛基位點(diǎn)，又可有效改善海藻酸鈉不易降解的缺陷；通過席夫堿反應(yīng)構(gòu)建水凝膠，盡量多地保留兒茶酚殘基，最大限度地發(fā)揮兒茶酚基團(tuán)的組織粘附性，同時(shí)避免了兒茶酚氧化交聯(lián)所帶來的組織毒性，通過控制粘附基團(tuán)的接枝度進(jìn)一步控制最終凝膠的粘附性能；以三價(jià)鐵離子作為第二物理交聯(lián)點(diǎn)，使得凝膠時(shí)間及凝膠強(qiáng)度方面更加可控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的之一在于提供一種聚谷氨酸/海藻酸鈉粘附性水凝膠.本專利技術(shù)的目的之二在于提供該水凝膠的制備方法。本專利技術(shù)方法是先用高碘酸鈉氧化海藻酸鈉，得到部分氧化的海藻酸鈉；然后通過鹽酸多巴胺上氨基和海藻酸鈉上的酸基之間的碳二亞胺偶聯(lián)反應(yīng)，在氧化后的海藻酸鈉側(cè)鏈接枝兒茶酚基團(tuán)，在此過程中將體系的PH值調(diào)至酸性，以防止發(fā)生席夫堿反應(yīng)。用酰肼化的聚L-谷氨酸作為第二組份，兩種組分的水溶液作為前軀體溶液，混合后便得到粘附性水凝膠。反應(yīng)過程如下：根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠，其特征在于該水凝膠是以兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉為第一組份，以酰肼化聚L-谷氨酸為第二組份，第一組份與第二組份通過席夫堿反應(yīng)構(gòu)建成水凝膠，調(diào)整凝膠固含量為3%~7%；凝膠第一組份與第二組份的摩爾比為：0.5~1.5:1；兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉的接枝率為：9%~21%。一種制備上述的聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：a.將海藻酸鈉溶于去離子水中，加熱攪拌下至海藻酸鈉完全溶解，然后冷卻至常溫，按海藻酸鈉：高碘酸鈉=（5~2）:1的摩爾比加入高碘酸鈉，在避光條件下反應(yīng)3~24h，加入乙二醇終止反應(yīng)，常溫下在去離子水中透析后凍干，得到氧化海藻酸鈉；b.在常溫下，將步驟a所得的氧化海藻酸鈉配制成質(zhì)量濃度為1wt%的水溶液，調(diào)節(jié)pH=4~5，活化1~3h后，在惰性氣氛保護(hù)下，再加入鹽酸多巴胺溶液，攪拌反應(yīng)18~24h，在pH為4-6的緩沖溶液中透析2~3天，然后在去離子水中透析，過濾，最后冷凍干燥得到多巴胺改性的氧化海藻酸鈉；鹽酸多巴胺與氧化海藻酸鈉的摩爾比為：1~3：1；c.將聚谷氨酸溶于去離子水，然后逐滴滴加3mol/LNaOH溶液，使PLGA完全溶解于去離子水中，加入1~3倍物質(zhì)的量的EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽）/NHS（N-羥基琥珀酰亞胺）和2~4倍己二酸二酰肼在常溫下反應(yīng)18-24小時(shí)，再透析3~5天后取出后過濾，將濾液冷凍干燥后得到酰肼化的聚谷氨酸（PLGA-ADH）；d.將步驟b所得的多巴胺改性的氧化海藻酸鈉溶于去離子水配制成質(zhì)量濃度3%-7%的溶液，作為第一組份前驅(qū)溶液；將步驟c所得的酰肼化的聚谷氨酸配制成質(zhì)量濃度為3%-7%的溶液，再滴加三氯化鐵水溶液再滴加濃度為0.5~1mol/L的三氯化鐵水溶液，使得n（Fe3+）：n（兒茶酚基團(tuán)）為1~3:1，作為第二組份的前驅(qū)溶液；e.將步驟d所得的兩種前驅(qū)體溶液以3-10ml/min的速率注射到所需模具中，等待30s~60s，固化成膠；f.將步驟e所得固化成膠在常溫下固化4~8h后將上述凝膠從模具中取出，得到聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠。本專利技術(shù)首次提出在氧化后的海藻酸鈉分子鏈上接枝多巴胺作為第一組份，酰肼化的聚L-谷氨酸作為第二組份構(gòu)建生物粘附性水凝膠的方法。該方法通過在水相體系中嚴(yán)格控制體系的pH值、通過抽真空控制氧氣含量等，使氧化海藻酸鈉與鹽酸多巴胺反應(yīng)，將兒茶酚基團(tuán)接枝到氧化海藻酸鈉側(cè)鏈，再通過席夫堿反應(yīng)與酰肼化聚L-谷氨酸構(gòu)建水凝膠，為了增加凝膠強(qiáng)度加入三價(jià)鐵離子作為第二物理交聯(lián)點(diǎn)。所采用的材料均具有良好的生物相容性，避免了通過氧化劑氧化交聯(lián)帶來的各種缺陷，并最大限度地保留粘附性基元，在組織工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一1、氧化海藻酸鈉的制備：稱取5.0g海藻酸鈉于250mL燒杯中，加入150mL去離子水，磁力攪拌并加熱至60℃，待其完全溶解后冷卻至常溫，加入物質(zhì)的量為所加海藻酸鈉結(jié)構(gòu)單元的量0.2倍的高碘酸鈉1.08g。在完全避光條件下反應(yīng)3h后加650ul乙二醇終止反應(yīng)，攪拌20min后在2000mL乙醇中沉降，得到棉花狀固體，然后再用200mL去離子水溶解所得到的固體，在去離子水中透析3天，冷凍干燥得到氧化度為19.4%的氧化海藻酸鈉。2、兒茶酚改性氧化海藻酸鈉的制備：稱取步驟1所制備的氧化海藻酸鈉0.2g于100mL燒杯中，加入40mL去離子水，充分溶解后加入適量的EDC/NHS，將體系的PH值調(diào)至4.4左右，再加入鹽酸多巴胺0.6g，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至三口瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后體系PH應(yīng)在4.4-5.0之間。將反應(yīng)液裝入透析袋在PH為5.5的緩沖溶液中透析2天，然后在去離子水中透析4h后過濾，去除不溶物及雜質(zhì)，將濾液冷凍干燥得到兒茶酚改性的氧化海藻酸鈉，兒茶酚改性率為14%。3.酰肼化聚L-谷氨酸的制備：稱取0.1g聚L-谷氨酸于100mL燒杯中，加入20mL去離子水中，逐滴滴加3mol/LNaOH溶液使得聚L-谷氨酸完全溶解，再加入EDC/NHS，將反應(yīng)體系PH控制在4-6之間，在常溫下反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液裝入分子量為7000的透析袋中透析3天，冷凍干燥得到酰肼化聚L-谷氨酸針狀晶體，酰肼化改性率為34%。4.凝膠前驅(qū)體的制備：稱取步驟2所制備的兒茶酚改性氧化海藻酸鈉40mg，加入400uL去離子水配置成10%的前驅(qū)體溶液A；稱取步驟3制備的酰肼化聚L-谷氨酸40mg，加入750uL去離子水，50uL0.05mol/L的FeCl3溶液配置成5%的含鐵離子的酰肼化聚L-谷氨酸前驅(qū)體溶液B。5.凝膠的制備：用移液槍量取前驅(qū)體溶液A400uL，前驅(qū)體溶液B400uL，分別裝入雙針筒注射器的兩個(gè)針筒中，將前驅(qū)體溶液注射到圓形本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠，其特征在于該水凝膠是以兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉為第一組份，以酰肼化聚L?谷氨酸為第二組份，第一組份與第二組份通過席夫堿反應(yīng)構(gòu)建成構(gòu)建第一交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，再通過三價(jià)鐵離子的絡(luò)合作用作為第二交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，形成水凝膠，調(diào)整凝膠固含量為3%~7%；凝膠第一組份與第二組份的摩爾比為：0.5~1.5:1；兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉的接枝率為：9~21%。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠，其特征在于該水凝膠是以兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉為第一組份，以酰肼化聚L-谷氨酸為第二組份，第一組份與第二組份通過席夫堿反應(yīng)構(gòu)建成構(gòu)建第一交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，再通過三價(jià)鐵離子的絡(luò)合作用作為第二交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，形成水凝膠，調(diào)整凝膠固含量為3%~7%；凝膠第一組份與第二組份的摩爾比為：0.5~1.5:1；兒茶酚基團(tuán)接枝的氧化海藻酸鈉的接枝率為：9~21%。2.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚谷氨酸/海藻酸鈉組織粘附性水凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：a.將海藻酸鈉溶于去離子水中，加熱攪拌下至海藻酸鈉完全溶解，然后冷卻至常溫，按海藻酸鈉：高碘酸鈉=（5~2）:1的摩爾比加入高碘酸鈉，在避光條件下反應(yīng)3~24h，加入乙二醇終止反應(yīng)，常溫下在去離子水中透析后凍干，得到氧化海藻酸鈉；b.在常溫下，將步驟a所得的氧化海藻酸鈉配制成質(zhì)量濃度為1wt%~3wt%的水溶液，調(diào)節(jié)pH=4~5，活化1~3h后，在惰性氣氛保護(hù)下，再加入鹽酸多巴胺溶液，攪拌反應(yīng)18~24h，在pH為4-6的緩沖溶液中透析2~3天，然后在去離子水中透析，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顏世峰，李星，簡(jiǎn)宇航，尹靜波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31