一种化学交联型葡聚糖水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学交联型葡聚糖水凝胶及其制备方法，属于生物医用功能高分 子材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是（Hydrogel) -种聚合物通过物理或化学交联形成的三维网络结构，在水 溶液中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解，亲水的小分子可以在水凝胶中扩散。二十 世纪六十年代，Wichterle和Lim首次合成了交联的HEMA水凝胶（Nature, 1960. 185: 117-118)，它的亲水特性和潜在的生物相容性引起了生物材料科学家的较大兴趣。这种具 有三维网络结构的水凝胶具有柔软的、橡胶状的性质，其物理化学性质类似于活体组织，具 有良好的生物相容性，因此作为高吸水材料、外科软组织填充材料、软性角膜接触镜和皮肤 移植材料、隔水混凝土填加剂、石油回收堵水剂等在卫生、生物医学、建筑、化工等诸多领域 得到广泛的应用。
[0003] 构成水凝胶的聚合物材料通常分为天然高分子和合成高分子，其中，天然高分子 水凝胶由于具有良好的生物安全性成为生物医学领域备受关注的生物医用材料（Chemical Reviews, 2001. 101: 1869-1880.AdvancedMaterials, 2006. 18: 1345-1360. Polymer，2008. 49: 1993-2007.)。天然多糖是一类广泛存在于自然界的植物、动物、海 藻、微生物等有机体中的天然高分子材料，具有重要的生物学功能，是构成有机生命体的基 本物质之一，作为生物材料具有安全、稳定、水溶性良好、生物可降解、来源广泛和价格低廉 等特点。在众多天然多糖材料中，葡聚糖因具有良好的生物安全性和生物可降解性，作为一 种临时性血浆替代品应用于临床，因此基于葡聚糖的水凝胶材料作为生物医用材料具有广 泛的临床应用前景。
[0004] 根据交联方式不同，可以将水凝胶分为物理交联型和化学交联型两种。物理交联 法主要通过氢键、疏水力、静电作用力、库仑力等非共价键作用力形成凝胶，具有一定的可 逆性，因此，稳定性差和强度低是其应用受到限制的主要原因；而化学交联法获得的水凝胶 中，聚合物分子链间通过共价键形式交联形成三维网络结构，具有较好的形态和化学稳定 性。因此，化学交联法是目前常用的水凝胶交联方式，然而，化学交联反应常涉及到对生物 体具有毒副作用的交联剂、催化剂或难以除去的副产物而使其在生物医学领域中的应用有 所限制。
【发明内容】
[0005] 针对化学交联型水凝胶作为生物医用材料中存在的生物安全性问题，本发明提供 一种化学交联型葡聚糖水凝胶及其制备方法。本发明提出以具有良好生物安全性的葡聚糖 天然高分子为材料基础，通过部分醛基化后与多氨基交联剂进行化学交联制备化学交联型 葡聚糖水凝胶，交联过程中副产物仅为水分子，解决了交联反应副产物的毒性问题。本发明 的另一目的是提供上述化学交联型葡聚糖水凝胶的制备方法，该方法具有制备条件温和， 操作简单，易于实施的特点，本发明通过以下技术方案实现。
[0006] -种化学交联型葡聚糖水凝胶，其结构式可表示如下：
[0007] -种上述的化学交联型葡聚糖水凝胶的制备方法，其具体操作步骤如下： (1) 醛基化葡聚糖的制备 将葡聚糖在室温下按照固液比为12. 5 :100g/ml溶解在水中，然后置于冰水浴中按照 糖单元/1〇4摩尔比为2:1~1:1加入高碘酸钠获得混合液，将混合液在室温、避光条件下搅 拌反应2~6h，将搅拌后的溶液用再生纤维素透析袋在去离子水中透析2~3天，透析过程中 每3~5h换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到醛基化程度为40~60%的部分醛基化葡 聚糖固体(每100个糖单元中有40~60个被氧化为醛基，具体醛基化程度通过盐酸羟胺滴定 法进行测定）； (2) 醛基化葡聚糖的交联 将步骤（1)得到的部分醛基化葡聚糖固体溶于去离子水中得到浓度为100~200mg/mL的醛基化葡聚糖水溶液，在室温下，向醛基化葡聚糖水溶液中加入多氨基交联剂混合均匀 后制备得到葡聚糖水凝胶。
[0008] 所述步骤（1)中的葡聚糖为分子量10000g/mol~100000g/mol的葡聚糖中的任一 种。
[0009] 所述步骤（2)中多氨基交联剂为分子结构中带有两个或两个以上氨基的化合物。
[0010] 所述多氨基交联剂为乙二胺或分子量为600g/mol~1800g/mol的树枝状聚乙稀亚 胺中的任一种。
[0011] 所述多氨基交联剂加入量为按照部分醛基化葡聚糖中醛基与多氨基交联剂中氨 基的摩尔比为1:1~2:1加入。
[0012] 所述多氨基交联剂为树枝状聚乙烯亚胺时树枝状聚乙烯亚胺（PEI)的加入量为部 分醛基化葡聚糖中醛基与树枝状聚乙烯亚胺中氨基的摩尔比为2:1~1:5加入。
[0013] 本发明化学交联型葡聚糖水凝胶的反应示意可以表示为：
o
[0014] 本发明以多氨基作为交联剂，通过氨基和醛基间反应生成席夫碱结构对醛基化的 葡聚糖进行交联。
[0015] 本发明的有益效果是： 1、本发明制得的化学交联型葡聚糖水凝胶，具有良好的生物安全性、生物降解性和临 床应用前景。
[0016] 2、本发明的化学交联型葡聚糖水凝胶的制备通过醛基和氨基反应生成席夫碱结 构实现，反应中产生的副产物仅为水分子，凝胶时间短，在生物医学领域可作为可注射水凝 胶应用。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例1制备得到醛基化葡聚糖的红外谱图； 图2是本发明实施例1制备得到化学交联型葡聚糖水凝胶的红外谱图； 图3是本发明实施例1步骤（2)交联5分钟后的实物照片； 图4是本发明实施例1制备得到化学交联型葡聚糖水凝胶冷冻干燥样品的扫描电镜 图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0019] 实施例1 该化学交联型葡聚糖水凝胶，其结构式可表示如下：
[0020] 该上述的化学交联型葡聚糖水凝胶的制备方法，其具体操作步骤如下： (1) 醛基化葡聚糖的制备 将5. 0g葡聚糖(分子量为40000g/mol)在室温下按照固液比为12. 5 :100g/ml溶解在 水中，然后置于冰水浴中按照糖单元/1〇4摩尔比为1:1加入高碘酸钠获得混合液，将混合 液在室温、避光条件下搅拌反应4h，将搅拌后的溶液用再生纤维素透析袋(截留分子量为： 7kD)在去离子水中透析2~3天，透析过程中每3~5h换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥 得到醛基化程度为60%的部分醛基化葡聚糖固体(每100个糖单元中有60个被氧化为醛 基，具体醛基化程度通过盐酸羟胺滴定法进行测定)，部分醛基化葡聚糖固体的红外谱图如 图1所示，图中1731. 8cm1处为醛基中C=0的伸缩振动吸收峰； (2) 醛基化葡聚糖的交联 将步骤（1)得到的0.l〇g部分醛基化葡聚糖固体溶于1.OmL去离子水中得到浓度为 100mg/mL的醛基化葡聚糖水溶液，在室温下，向醛基化葡聚糖水溶液中加入多氨基交联剂 混合均匀5分钟后溶液完全失去流动性制备得到葡聚糖水凝胶，如图2所示，其中多氨基交 联剂为13mg乙二胺(醛基/氨基摩尔比约为2:1)。
[0021] 将获得的葡聚糖水凝胶冷冻干燥得到淡黄色固体，其红外谱图如图3所示，对比 醛基化葡聚糖的红外谱图图2可见：交联后醛基中C=0的伸缩振动吸收峰基本消失；采用 扫描电子显微镜对干燥葡聚糖凝胶的微观结构进行了表征，结果如图4所示：该化学交联 型葡聚糖冻干样微观上具有多孔结构。
[0022] 实施例2 该化学交联型葡聚糖水凝胶，其结构式可表示如下：
[0023] 该上述的化学交联型葡聚糖水凝胶的制备方法，其具体操作步骤如下： (1) 醛基化葡聚糖的制备 将5. 0g葡聚糖(分子量为40000g/mol)在室温下按照固液比为12. 5 :100g/ml溶解在 水中，然后置于冰水浴中按照糖单元/1〇4摩尔比为2:1加入高碘酸钠获得混合液，将混合 液在室温、避光条件下搅拌反应4h，将搅拌后的溶液用再生纤维素透析袋(截留分子量为： 7kD)在去离子水中透析2天，透析过程中每3~5h换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得 到醛基化程度为40%的部分醛基化葡聚糖固体(每100个糖单元中有40个被氧化为醛基， 具体醛基化程度通过盐酸羟胺滴定法进行测定）； (2) 醛基化葡聚糖的交联 将步骤（1)得到的0. 15g部分醛基化葡聚糖固体溶于1.OmL去离子水中得到浓度为 150mg/mL的醛基化葡聚糖水溶液，在室温下，向