專利名稱：一種膨脹型水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水凝膠的制備方法，特別是涉及一種膨脹型水凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
利用組織工程的原理對(duì)缺損或失去功能的組織、器官進(jìn)行修復(fù)和重建是當(dāng)今組織 修復(fù)重建研究中的熱點(diǎn)。組織工程支架，作為組織工程中的最關(guān)鍵的要素，其研究開發(fā)受到 研究者們的廣泛關(guān)注。水凝膠是由親水性聚合物通過化學(xué)鍵或物理作用力形成的交聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)，不溶于水但能吸收大量的水而溶脹，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，柔軟且富有彈性，非常適用于 各種軟組織的修復(fù)重建。此外，水凝膠可以在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包裹藥物實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的控釋作 用。作為組織工程支架而言，材料具有一定的膨脹性會(huì)刺激周圍組織的生長發(fā)育，而且能使 手術(shù)過程帶來的創(chuàng)傷更小。因此，構(gòu)建可膨脹型的水凝膠材料作為組織工程支架將具有潛 在的應(yīng)用前景。明膠是膠原蛋白水解產(chǎn)物，含有除色氨酸外幾乎全部的人體必需氨基酸，其中甘 氨酸占1/3以上，且明膠無毒、無免疫排斥及局部炎癥反應(yīng)，能提高細(xì)胞的活性并促進(jìn)細(xì)胞 增殖，還可以用于藥物載體，是一種很好的組織工程支架材料，但其形成的膜材或者凝膠材 料均存在強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。此外，明膠具有可降解性，作為藥物載體可實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的緩釋，因 此所得凝膠材料可用于組織工程支架、藥物緩釋材料。聚合丙烯酸類材料由于其特殊的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，是一種高吸水樹脂，廣泛用于高吸水性材料。丙烯酸具有水溶性，聚合時(shí)采用水溶 液聚合，有利于加入明膠或者藥物等水溶性活性分子，聚合后形成天然高分子與合成高分 子組成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與明膠相似的可用材料還有果膠，殼聚糖，透明質(zhì)酸等。所得凝膠 材料不僅具有好的膨脹效果，而且具有良好的生物相容性，利于其在生物材料中的應(yīng)用。目前，文獻(xiàn)公開了一種由丙烯酸聚合物與明膠組成的復(fù)合材料及其制備方法，是 將復(fù)合材料的乳液在高能射線輻照下交聯(lián)，且應(yīng)用于感光材料。文獻(xiàn)公開了一種互穿網(wǎng)絡(luò) 聚合物超多孔水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，由不飽和烯單體和多烯交聯(lián)劑聚合形成的交聯(lián) 聚合物，以及線性多糖類聚合物和交聯(lián)劑聚合形成的交聯(lián)多糖類聚合物組成，最后形成全 互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于蛋白質(zhì)多肽口服給藥系統(tǒng)?；谟猛静灰?，這兩種發(fā)明與本發(fā)明具有實(shí) 質(zhì)的區(qū)別，本發(fā)明所制備的水凝膠完全通過在水溶液聚合得到，且工藝簡單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用在丙烯酸聚合過程中加入明膠等水溶性生物相容性分子對(duì)其進(jìn)行改 性，由于丙烯酸聚合是采用水溶液聚合，便于摻入水溶性活性分子，從而改善單純使用丙烯 酸聚合物的生物相容性，此外，將所得干凝膠浸泡于藥物水溶液中，由于凝膠強(qiáng)烈的吸水性 能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的包裹。本發(fā)明的目的是為了制備一種新型的組織工程支架材料，將其 應(yīng)用于各種組織的修復(fù)，如軟骨，血管，皮膚，神經(jīng)，以及義眼臺(tái)植入物等。本發(fā)明提供一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于天然高分子水溶液或者 固體，與堿溶液和經(jīng)減壓蒸餾后的丙烯酸類單體水溶液，持續(xù)通入氮?dú)?，然后加入與丙烯酸類單體質(zhì)量比為0. 01% -3%的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和過硫酸鉀，將混合液體攪拌均 勻后注入到模具中，靜置脫泡30分鐘后，將裝有混合液體的模具置引發(fā)聚合得到膠狀物， 脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C恒溫干燥即可得到膨脹型凝膠材料，其在水 中體積膨脹率為100% -300%，在生理鹽水中體積膨脹率為20% -50%，在pH = 7. 4的磷 酸鹽緩沖液中體積膨脹率為20% -50%。所述的天然高分子為明膠、或果膠、或殼聚糖，天然高分子與單體質(zhì)量比為 0-50%。所述的丙烯酸類單體為丙烯酸、或甲基丙烯酸，聚合時(shí)采用的單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10% -40% O所述的堿溶液與丙烯酸類單體的摩爾比為6-9 10。所述的裝有混合液體的模具置于溫度范圍為60-80°C引發(fā)聚合，時(shí)間為12-72小 時(shí)。本發(fā)明的體積膨脹率測(cè)定方法如下水凝膠在水或鹽水或PBS中的體積膨脹率測(cè)定將脫模后的柱狀凝膠浸泡于蒸餾 水中吸水溶脹3天，每12小時(shí)換一次蒸餾水，然后經(jīng)60°C下加熱干燥至恒重時(shí)取出，標(biāo)記為 干凝膠，記錄其直徑為Dl，將其浸泡在蒸餾水或者生理鹽水或PBS中吸水溶脹至平衡狀態(tài)， 記錄其直徑為D2，按照如下公式體積膨脹率=(D2/D1)3，計(jì)算得到材料在水或者生理鹽水 或PBS中的體積膨脹率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了丙烯酸采用水溶液聚合及明膠等物質(zhì)具有水溶性特點(diǎn)的 優(yōu)勢(shì)，直接在水溶液中成功引入了生物相容性好的明膠等活性分子，制備出力學(xué)強(qiáng)度及膨 脹率可控的天然材料與合成材料復(fù)合的水凝膠，可應(yīng)用于組織工程支架材料及其他需要實(shí) 施微創(chuàng)的醫(yī)用植入材料。本發(fā)明采用水體系，工藝簡單、易于操作，避免了合成過程中有機(jī) 溶劑的引入，降低了材料的毒性。本發(fā)明所得到的水凝膠材料在成型過程中可通過改變模 具的形狀，制備成各種形狀，包括各種尺寸的膜狀，管狀，棒狀，球狀，錐狀，線狀等。從左至右依次為水凝膠干態(tài)時(shí)，以及在0. 9% NaCl, PBS, H2O中浸泡72小時(shí)后的 宏觀形貌。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 稱取0.812克的氫氧化鈉于三口燒瓶中，加入1.75毫升水，再加入2毫升丙烯酸， 持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝?，再加?. 15毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的明膠水溶液，然后加入0. 68 毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 39毫升的0. lmol/L過硫酸鉀，攪拌均 勻后，將混合液體注入到柱形模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模具置于65°C下12小時(shí)，即得 膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干燥即可得到膨脹型凝膠材料， 材料在水中體積膨脹率為265%，在生理鹽水中體積膨脹率為33%，在PBS緩沖液中體積膨 脹率為40%。實(shí)施例2:稱取0. 812克的氫氧化鈉于三口燒瓶中，加入4. 9毫升水，再加入2毫升丙烯酸， 持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝?，再加?. 105克明膠，然后加入0. 68毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 39毫升的0. lmol/L過硫酸鉀，攪拌均勻后，將混合液體注入到柱形 模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模具置于65°C下72小時(shí)，即得膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸 水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干燥即可得到膨脹型凝膠材料，材料在水中體積膨脹率為 298%,在生理鹽水中體積膨脹率為41 %，在PBS緩沖液中體積膨脹率為41 %。實(shí)施例3 稱取0. 812克的氫氧化鈉于三口燒瓶中，加入1. 75毫升水，再加入2毫升丙烯酸， 持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝?，再加?. 2毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的明膠水溶液，然后加入0. 68 毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 39毫升的0. lmol/L過硫酸鉀，攪拌均 勻后，將混合液體注入到柱形模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模具置于751下M小時(shí)，即得 膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干燥即可得到膨脹型凝膠材料， 材料在水中體積膨脹率為188%，在生理鹽水中體積膨脹率為30%，在PBS緩沖液中體積膨 脹率為37%。實(shí)施例4 向三口燒瓶中加入4. 9毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝螅?再加入0. 04克殼聚糖，攪拌至殼聚糖溶解并成為均一的溶液后，再加入0. 812克的氫氧化 鈉，攪拌均勻后加入0. 68毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 39毫升的 0. lmol/L過硫酸鉀，攪拌均勻后將混合液體注入到柱形模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模 具置于75°C下M小時(shí)，即得膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干 燥即可得到膨脹型凝膠材料，材料在水中體積膨脹率為165 %，在生理鹽水中體積膨脹率為 30 %，在PBS緩沖液中體積膨脹率為33 %。實(shí)施例5 向三口燒瓶中加入8. 4毫升水，再加入2毫升丙烯酸，持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝螅?再加入0. 08克殼聚糖，攪拌至殼聚糖溶解并成為均一的溶液后，再加入0. 812克的氫氧化 鈉，攪拌均勻后加入0. 68毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 39毫升的
0.lmol/L過硫酸鉀，攪拌均勻后將混合液體注入到柱形模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模 具置于65°C下M小時(shí)，即得膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干 燥即可得到膨脹型凝膠材料，材料在水中體積膨脹率為150 %，在生理鹽水中體積膨脹率為 觀％，在PBS緩沖液中體積膨脹率為30 %。實(shí)施例6 稱取1. 218克的氫氧化鈉于三口燒瓶中，加入4毫升水，再加入3毫升甲基丙烯 酸，持續(xù)通入氮?dú)鈹嚢杈鶆蚝?，再加?. 15毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的明膠水溶液，然后加入
1.2毫升的0. lmol/L的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和0. 6毫升的0. lmol/L過硫酸鉀，攪拌 均勻后，將混合液體注入到柱形模具中，靜置脫泡30分鐘后，將模具置于65°C下12小時(shí)，即 得膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C加熱干燥即可得到膨脹型凝膠材 料，材料在水中體積膨脹率為120%，在生理鹽水中體積膨脹率為22%，在PBS緩沖液中體 積膨脹率為25%。
權(quán)利要求
1.一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于天然高分子水溶液或者固體，與堿溶 液和經(jīng)減壓蒸餾后的丙烯酸類單體水溶液，持續(xù)通入氮?dú)?，然后加入與丙烯酸類單體質(zhì)量 比為0. 01% -3%的N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和過硫酸鉀，將混合液體攪拌均勻后注入到 模具中，靜置脫泡30分鐘后，將裝有混合液體的模具置引發(fā)聚合得到膠狀物，脫模后膠狀 物經(jīng)吸水溶脹清洗3天，再經(jīng)60°C恒溫干燥即可得到膨脹型凝膠材料，其在水中體積膨脹 率為100% -300%，在生理鹽水中體積膨脹率為20% -50%，在pH = 7.4的磷酸鹽緩沖液 中體積膨脹率為20% -50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的天然高 分子為明膠、或果膠、或殼聚糖，天然高分子與單體質(zhì)量比為0-50%
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的丙烯酸 類單體為丙烯酸、或甲基丙烯酸，聚合時(shí)采用的單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% -40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的堿溶液 與丙烯酸類單體的摩爾比為6-9 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹型水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的裝有混 合液體的模具置于溫度范圍為60-80°C引發(fā)聚合，時(shí)間為12-72小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膨脹型水凝膠的制備方法，將一定體積的天然高分子水溶液或者固體，以及堿溶液和一定量的經(jīng)減壓蒸餾后的丙烯酸類單體水溶液，持續(xù)通入氮?dú)?，然后加入N，N-亞甲基-雙丙烯酰胺和過硫酸鉀，將混合液體攪拌均勻后注入到模具中，靜置脫泡，將裝有混合液體的模具置于一定溫度引發(fā)聚合一段時(shí)間后即得膠狀物，脫模后膠狀物經(jīng)吸水溶脹清洗，再經(jīng)恒溫干燥即可得到膨脹型凝膠材料，其在水中體積膨脹率為100％-300％，在生理鹽水中體積膨脹率為20％-50％，在磷酸鹽緩沖液中體積膨脹率為20％-50％。本發(fā)明采用水體系，工藝簡單、避免了合成過程中有機(jī)溶劑的引入，降低了材料的毒性。
文檔編號(hào)A61L27/20GK102127234SQ201010600549
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者周涓, 朱君, 馬曉曄, 魏銳利 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司, 上海長征醫(yī)院