一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/氧化海藻酸鈉可注射自愈合水凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水凝膠制備領域，具體涉及一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/氧化海藻酸鈉OSA可注射自愈合水凝膠及其制備方法。
【背景技術】
[0002]高分子水凝膠(Hydrogel)是一類通過共價鍵或非共價鍵交聯而成，并可在水中溶脹、保持一定形狀并具三維網絡的高分子材料。高分子水凝膠以其特有的高含水性、粘彈性和環境響應性等特性而在藥物緩釋、生物傳感器、組織工程等生物醫學領域具有廣泛的應用前景。可注射水凝膠是一類可通過注射器將前驅體溶液(由形成水凝膠的成分構成的水溶液)注射到達靶標位點后，并原位發生溶液-凝膠轉變的一類智能水凝膠材料。因其具有能以微創介入方式注入體內的可注射性、填充復雜形狀的病灶部位或修復、連接組織的形狀自適應性等特性，不僅避免了臨床手術帶來的一系列問題，而且適用于在較為復雜的結構、精細的組織部位(血管、神經)操作。
[0003]自愈合性源于生物仿生學。當生物組織受到外界環境損傷后，傷口通過自身的修復和再生而實現自我修復，進而恢復它們原有的力學和生物學功能。自愈合水凝膠由具有動態特性的交聯網絡構建形成，其特性具兩方面:一方面可對外界環境造成的損傷進行自我修復;另一方面動態化學鍵對環境刺激具有響應性，能自我調節以適應環境變化。自愈合水凝膠包括物理型自愈合水凝膠和化學型自愈合水凝膠。其中化學型自愈合水凝膠是指在凝膠分子內部引入化學鍵如酰腙鍵、亞胺鍵、雙硫鍵、DA可逆共價鍵等，通過這些化學鍵的破壞和再結合以及可逆反應等實現水凝膠的自愈合功能。
[0004]然而傳統高分子水凝膠材料不具有可注射性和自愈合功能，極大限制了水凝膠材料在組織工程或藥物緩釋等生物醫學領域的應用。因此，設計開發具有一定生物適應性的可注射自愈合高分子水凝膠材料，解決軟材料損傷修復問題，延長其使用壽命，對實現水凝膠材料進一步高效智能化具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))/氧化海藻酸鈉(OSA)可注射自愈合水凝膠及其制備方法，以解決現有技術中傳統高分子水凝膠合成步驟復雜，不易同時滿足水凝膠具有良好生物相容性、水凝膠的前驅體溶液能夠在靶標位點快速成型固化及固化后仍具一定機械性能等缺陷。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/氧化海藻酸鈉可注射自愈合水凝膠，其為網狀結構，是由甲基乙烯基醚-馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))經己二酸二酰肼(ADH)修飾得到的ADH-g-P(MVE-alt-MA)與通過高碘酸鈉與海藻酸鈉發生氧化反應得到氧化海藻酸鈉(OSA)在37°C的磷酸鹽緩沖溶液中發生脫水縮合反應，生成可逆酰腙鍵，得到的具有可注射自愈合性能的高分子水凝膠。
[0008]一種制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/氧化海藻酸鈉可注射自愈合水凝膠的方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一:將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于二次水中在90°C條件下攪拌2小時水解得到水溶性甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))，向甲基乙烯基醚-馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))水溶液中加入交聯劑己二酸二酰肼(ADH)，將催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)加入上述反應溶液;將反應溶液的PH調至4?6，室溫條件下反應進行24h;將所得產物透析3天?7天后，冷凍干燥;得到ADH-g-P (MVE-al t-MA)；
[0010]步驟二:向海藻酸鈉溶液中加入高碘酸鈉，在250C下避光攪拌反應5h后，加入過量乙二醇除去未反應完的高碘酸鈉，攪拌反應lh，透析3?7天，冷凍干燥，得到氧化海藻酸鈉(OSA);
[0011]步驟三:將步驟一得到的ADH-g-P(MVE-alt-MA)和步驟二得到的氧化海藻酸鈉(OSA)混合溶解在磷酸鹽緩沖溶液中，ADH-g-P(MVE-alt-MA)和氧化海藻酸鈉(OSA)在反應溶液中的總質量分數為5%?10%，于37°C下將其渦旋震蕩均勻，靜置20s-5min后得到可注射自愈合水凝膠。
[0012]進一步的，步驟一中，所述甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))與己二酸二酰肼(ADH)的摩爾比為1:30?1:5; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)的摩爾比為0.5:1?1: 1.5;催化劑總量和甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的摩爾比為1:50?2。
[0013]進一步的，所述聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0014]進一步的，步驟二中，所述的海藻酸鈉溶液的質量分數為0.5%?10%。
[0015]進一步的，步驟二中，海藻酸鈉與高碘酸鈉的摩爾比為1:0.2?1:1。
[0016]進一步的，步驟三中，ADH-g-P(MVE-alt-MA)和氧化海藻酸鈉(OSA)的活性基團摩爾比為5:1?1:5。
[0017]進一步的，步驟三中，磷酸鹽緩沖溶液pH=7.0。
[0018]有益效果:本發明具有以下優點:
[0019]1、本發明原料廉價，合成路線簡單，周期短，無污染，適用于大規模生產。
[0020]2、本發明以兩類聚合物僅通過一種化學鍵即酰腙鍵交聯，易于通過反應物活性基團比例調節水凝膠的交聯度，更易于產業化。
[0021]3、水凝膠作為組織工程支架等生物材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性，又需要具有一定的力學性能。單一材料構建的組織工程支架往往無法同時滿足這些要求。本發明通過將人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物海藻酸鈉(OSA)間復合，易于得到同時滿足材料需求的力學強度和良好生物活性等。
[0022]4、本發明解決現有傳統注射水凝膠中存在的問題(如傳統水凝膠前驅體溶液細胞毒性的可能，生物相容性差，無法于靶標位點快速成型固化等)。借鑒可注射凝膠的概念，將自愈合水凝膠放入注射器中，通過在靶標位點注射時產生的剪切應力，將自愈合水凝膠注入靶標部位，這些注射后形成的水凝膠碎片在靶標部位聚集后，自我修復成為整體水凝膠，填充到整個靶標部位，可更好地控制其在體內的固定位置，實現水凝膠高效智能化作用。
【附圖說明】
[0023]圖1是實施例2獲得的基于P(MVE-alt_MA)/0SA可注射自愈合水凝膠掃描電鏡圖；
[0024]圖2是實施例2獲得的基于P(MVE-alt-MA)/0SA可注射自愈合水凝膠從0.1%到100 %的應變掃描，然后回到I %應變掃描，頻率為10弧度/秒條件下儲能模量和損耗模量隨時間變化的流變測試圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合【具體實施方式】對本發明作更進一步的說明。
[0026]甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))是對人體和動物無毒無害的高分子材料，具有良好的化學穩定性和生物相容性優點，在醫藥衛生領域中有著非常廣泛的應用，如作為穩定劑，增塑劑，粘合劑和緩釋劑等。P(MVE-alt-MA)的微陣列結構能夠支持人多能干細胞(hPSCs)(HUESl，HUES9和iPSCs)的黏附，增殖和自我更新。在P(MVE-alt-MA)上培養的人多能干細胞hPSCs能維持其特征形貌，表達了高水平多能性標記物和保持正常的染色質組型。
[0027]海藻酸(alginicacid，HA)，是從海帶中提取的天然多糖碳水化合物，又名褐藻酸、海帶膠。海藻酸是由古洛糖醛酸(α-L-guluronic，G單元)與甘露糖醛酸(β-D-mannuronic ,M單元)以(I—4)糖苷鍵連接而成的線性直鏈多糖，具有良好的生物相容性，被廣泛用于食品、化妝品和醫藥領域。海藻酸鈉(sodiumalginate，SA)是海藻酸的鈉鹽，其水溶液具有較高的黏度，可在溫和條件下凝膠化，因此，海藻酸鈉被廣泛用于藥物載體的制備。高碘酸鈉(Na14)可以將海藻酸鈉糖醛酸單元中2，3位的順式二醇氧化為兩個醛基，得到氧化海藻酸鈉(oxidized sodium alginate,0SA)。氧化生成的醛基可與相鄰未被氧化糖單元的羥基形成半縮醛結構，使糖環骨架的C-C單鍵、C-O單鍵更易旋轉，更易水解。
[0028]基于上述兩種聚合物良好的生物相容性，本發明將ADH-g-P(MVE-alt-MA)和OSA通過酰腙鍵形成可注射自愈合水凝膠。可應用于藥物控釋及細胞3D培養載體等生物醫學工程領域。
[0029]本發明基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/氧化海藻酸鈉可注射自愈合水凝膠，由經己二酸二酰肼(ADH)修飾得到ADH-g-P(MVE-alt-MA)與通過高碘酸鈉與海藻酸鈉發生氧化反應得到氧化海藻酸鈉(OSA)在37°C的磷酸鹽緩沖溶液中發生脫水縮合反應，生成可逆酰腙鍵，得到具有可注射自愈合性能的高分子水凝膠。
[0030]上述基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/氧化海藻酸鈉可注射自愈合水凝膠的制備方法，包括如下步驟:
[0031]步驟一:甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于二次水中在90°C條件下攪拌2小時水解得到水溶性甲基乙烯基醚馬來酸共聚物；向P (MVE-al t-MA)水溶液中加入交聯劑ADH，將催化劑EDC/NHS加入上述反應溶液。將反應溶液的pH調至4?6，室溫反應進行24h。產物透析3天?7天后，冷凍干燥;得到ADH-g-P(MVE-alt-MA);
[0032]其中，P (MVE-aI t-MA)與ADH的摩爾比為1: 30?1: 5; EDC和NHS的摩爾比為0.5:1?1:1.5；催化劑總量(S卩EDC和NHS)和P (MVE-a I t-MA)的摩爾比為1:50?2;
[0033]聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0034]步驟二:向質量分數為0.5%?10%的海藻酸鈉溶液中加入高碘酸鈉，控制海藻酸鈉與高碘酸鈉的摩爾比為1:0.2?1:1，在25°C下避光攪拌反應5h后，加入過量乙二醇除去未反應完的高碘酸鈉攪拌反應lh，透析3?7天，冷凍干燥，得到氧化海藻酸鈉(OSA);
[0035]步驟三:將步驟一得到的ADH-g-P(MVE-alt-MA)和步驟二得到的0SA按摩爾比5:l?l:5混合溶解在pH=7.0的磷酸鹽緩沖溶液中，ADH-g-P(MVE-alt-MA)和0SA的總質量分數(即ADH-g-P (MVE-al t-MA)和OSA的總質量在反應溶液中的百分數)為5%?10%，37 °C下將其渦旋震蕩均勻，靜置20s-5min后得到可注射自愈