一種基于聚酰胺-胺型樹枝狀分子的水凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子材料制備領域，特別涉及水凝膠的制備方法，具體涉及一種基 于聚酰胺-胺型樹枝狀分子的水凝膠的制備方法，該水凝膠用于在組織工程，例如修復軟 骨方面的應用。
【背景技術】
[0002] 水凝膠是一種可以在一定條件下保持流動狀態但在外部物理或化學刺激下又可 以形成具有一定形狀和強度的材料。水凝膠具有親水的聚合物網絡，與細胞所處正常生理 環境接近，因此采用水凝膠制備支架材料，在修復形狀復雜缺損以及微創治療等方面具有 獨特的優勢。理想的水凝膠支架材料需要具備易交聯、低溶脹、可降解、強度高以及生物相 容性好等特點。近年來，水凝膠及其復合物在修復軟骨方面己經取得了較大進展，并顯示出 良好的應用前景。
[0003] 另外，水凝膠具備可降解性質，在組織工程應用中十分重要。在近些年的研究中， 不同結構的可降解單元被引入到凝膠因子中以實現水凝膠的降解，常見的降解單元有酯鍵 和雙硫鍵等。谷胱甘肽（GSH)普遍存在于生物體內，其濃度從2μ Μ到10mM不等，它可實現 對雙硫鍵的降解。相較于酯鍵的水解，雙硫鍵的降解更為溫和，并且不會引起局部pH變化。
[0004] 目前，在一些現有技術中，將天然高分子應用于細胞外基質的構建。這些天然高分 子主要包括海藻酸鈉、瓊脂、纖粘蛋白、透明質酸、膠原、明膠、殼聚糖、硫酸軟骨素和纖維素 等。它們共同的特點是生物相容性好，幾乎無發炎反應，細胞粘附性好，屬于生物友好類材 料，但是這類天然高分子材料同時卻存在強度低，可設計性差以及不易修飾等缺點，從而限 制了該類高分子材料在實際中的應用。
[0005] 合成高分子材料因其具有可控的分子結構，可設計的降解速率和機械強度，近年 來也受到了廣泛的關注。常用于組織工程的合成高分子包括聚乙二醇（PEG)及聚乳酸-聚 乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA)等。然而這些線性分子所形成的水凝膠的強度卻仍不足以 匹配組織工程要求的強度。此外，該類分子形成的水凝膠缺少與細胞的粘附位點，因此，當 細胞存在于這些水凝膠支架中時，往往會導致細胞團聚而死亡。于是，如何制備一類符合組 織工程應用的水凝膠材料仍是一個挑戰性課題。
【發明內容】
[0006] 為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，結果發現：將基于選用多巴胺對巰 基修飾的八臂聚乙二醇進行修飾得到的第一水凝膠因子或者第一水凝膠因子和基于聚酰 胺-胺型樹枝狀分子得到的第二水凝膠因子加入到水和/或磷酸鹽緩沖溶液中，混合均勻 后，加入氧化劑，獲得高強度、可降解且生物相容性好的水凝膠，從而完成本發明。
[0007] 本發明的目的在于提供一種基于聚酰胺-胺型樹枝狀分子的水凝膠的制備方法， 該方法包括以下步驟：
[0008] (1)將第一水凝膠因子或者第一水凝膠因子和第二水凝膠因子加入到水和/或磷 酸鹽緩沖溶液中，混合均勻后，其中，
[0009] 所述第一水凝膠因子如下式I所示：
[0010]
式I
[0011] 在所述式I中，波紋線表示聚乙二醇，式I所示的第一水凝膠因子的分子量 12500 ~52600，
[0012] 所述第二水凝膠因子為四代聚酰胺-胺型樹枝狀分子的衍生物，在樹枝狀分子的 2~44個氨基上接有下述基團
以及在10~55個氨
基上接有 其中，A為多肽基團，ηι為21~440，n2為21~ > 440 ；
[0013] ⑵向混合物中加入氧化劑，獲得水凝膠。
[0014] 本發明的目的還在于由式I所示的第一水凝膠因子由包括以下步驟的方法制備 得到：
[0015] 1： 1 的制備：
[0016] 將2, 2' -二硫二吡啶與端巰基丙醇加入到有機溶劑中，在室溫下反應，得到包含 i 笮
1的反應體系，
[0017] 2) 的制備：
[0018] 將步驟1)中得到&
?對硝基苯基氯甲酸酯加入到有機溶劑
*2 中，在室溫條件下反應，得到包含有 的反應體系，
[0019] 3)第一水凝膠因子的制備：
[0020] 將步驟2)中得到的
?多巴胺加入到有機溶劑中，在避 光和室溫條件下反應，然后繼續加入巰基修飾的八臂聚乙二醇進行反應，最終得到包含有 第一水凝膠因子的反應體系。
[0021] 本發明的目的還在于第二水凝膠因子由包括以下步驟的方法制備得到：
[0022] 1)將制備好的四代聚酰胺-胺型樹枝狀分子與雙官能團聚乙二醇，加入到溶劑 中，然后在室溫下反應，其中，溶劑為水和與水互溶的有機溶劑中的一種或多種，
[0023] 2)向步驟1)中的體系中繼續加入單官能團聚乙二醇進行反應，
[0024] 3)向步驟2)中的體系中繼續加入多肽化合物，最終獲得包含有四代聚酰胺-胺型 樹枝狀分子的第二水凝膠因子的反應體系。
[0025] 本發明的另一個目的在于由本發明提供的制備方法得到的水凝膠作為在組織工 程如軟骨修復方法的應用。
[0026] 由本發明提供的制備方法所合成的水凝膠具備穩定的溶脹率、可控的降解速度和 較強的機械性能，且該制備方法簡單方便，易于控制，整個交聯過程快速安全，從而有利于 生產上的操作控制和推廣。
【附圖說明】
[0027] 圖1示出由實施例1中所得的第一水凝膠因子的核磁譜圖；
[0028] 圖2示出由實施例1中所得的第一水凝膠因子的紫外譜圖；
[0029] 圖3示出由實施例9中所得的水凝膠IV的掃描電鏡圖；
[0030] 圖4示出由實施例中所得的水凝膠的溶脹率測試圖；
[0031 ] 圖5示出由實施例8中所得的水凝膠III的溶脹前狀態圖；
[0032] 圖6示出由實施例8中所得的水凝膠III的溶脹后狀態圖；
[0033] 圖7示出由實施例9中所得的水凝膠IV的降解前的狀態圖；
[0034] 圖8示出由實施例9中所得的水凝膠IV的降解后的狀態圖；
[0035] 圖9示出由實施例中所得的水凝膠的降解釋放曲線測試圖；
[0036] 圖10示出由實施例中所得的水凝膠的儲能模量測定曲線圖；
[0037] 圖11示出由實施例中所得的水凝膠的損耗模量測定曲線圖。
[0038] 附圖標號說明
[0039] 1-第一水凝膠因子；
[0040] 2-巰基修飾的八臂聚乙二醇。
【具體實施方式】
[0041] 下面通過對本發明進行詳細說明，本發明的特點和優點將隨著這些說明而變得更 為清楚、明確。
[0042] 根據本發明的一方面，提供了一種基于聚酰胺-胺型樹枝狀分子的水凝膠的制備 方法，該方法包括以下兩個步驟：
[0043] (1)將第一水凝膠因子和/或第二水凝膠因子加入到水和/或磷酸鹽緩沖溶液中， 混合均勻后。
[0044] 在上述制備水凝膠中，反應的溫度并沒有特別地限制，特別地，選擇在室溫條件下 反應。
[0045] 在上述制備水凝膠中，第一水凝膠因子為0-PEG-D0PA，該0-PEG-D0PA如下式所 示：
[0046]
[0047] 在上述式I中，與雙硫鍵相連接的波紋線表示聚乙二醇，聚乙二醇形成的一條長 鏈可以稱之為臂，其中，在所述式I中，有八臂。
[0048] 在上述式I中，第一水凝膠因子的分子量為12500~52600,優選12500~42600， 更優選12500~32600,最優選12500~22600。
[0049] 在上述式I中，由于水凝膠的結構中存在雙硫鍵，因此使得水凝膠具備可降解性 質，在普遍存在于生物體內的谷胱甘肽作用下，實現對雙硫鍵的降解。另外，雙硫鍵的降解 更為溫和，不會引起局部pH變化。
[0050] 在上述式I中，由于位于末端的多巴胺（D0PA)基團中的鄰苯二酚基團能夠實現 氧化交聯。此外，多巴為海洋貽貝類生物所分泌的具有粘附性功能的組分。同時還研究發 現，D0PA基團的引入可有效增強材料的強度。
[0051] 在上述制備水凝膠中，第二水凝膠因子為四代聚酰胺-胺型樹枝狀分子的 衍生物，該衍生物為在四代聚酰胺-胺型樹枝狀分子的2~44個氨基上接有下述基 團
A為多肽基團，nl為21~440,優選為30~ 335,更優選為62~220,最優選為76~118,同時在10~55個氨基上接有下述基團： n2為21~440,優選為21~335,更優選為21~223， 最優選為21~42。
[0052] 在上述第二水凝膠因子中，PAMAM樹枝狀分子是一種具有高度支化的高分子化合 物，樹枝狀分子結構精確，分子量分散度窄，且該分子的表面具有大量官能團。由于樹枝狀 分子具有大量的內部空腔以及表面眾多的可修飾基團，因此，可根據實際需求，對樹枝狀分 子的表面進行適當的修飾。
[0053]