專(zhuān)利名稱(chēng)：可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可注射用水凝膠及其制備方法，特別是一種可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠是指以水為分散介質(zhì)，由三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子和水溶液組成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)?？勺⑸渌z的形成機(jī)制是聚合物網(wǎng)絡(luò)對(duì)交聯(lián)劑、光照、輻射、溫度、PH值、離子強(qiáng)度、溶劑交換等產(chǎn)生響應(yīng)，使聚合物網(wǎng)絡(luò)間發(fā)生化學(xué)交聯(lián)或物理交聯(lián)而凝膠化。與體外預(yù)成型支架相比具有可在體內(nèi)原位形成，可填充任意形狀的缺損，可方便與治療藥物混合，無(wú)需外科手術(shù)植入，有效減少了病患者的痛苦。隨著組織工程與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，可注射水凝膠被廣泛應(yīng)用于組織工程、藥物控釋、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，日益受到關(guān)注。聚谷氨酸是一種具有良好生物相容性的可降解聚氨基酸，包括聚L-谷氨酸(L-PGA)和聚Y-谷氨酸(Y-PGA)。Y-PGA主要通過(guò)微生物發(fā)酵法制得，是以a -胺基和Y -羧基之間經(jīng)酰胺鍵連接所構(gòu)成的聚氨基酸，分子量從五萬(wàn)到兩百萬(wàn)道爾頓不等。L-PGA主要通過(guò)化學(xué)合成法制得，是以a-胺基和3-羧基之間經(jīng)酰胺鍵連接所構(gòu)成聚氨基酸，分子量從七萬(wàn)到三十五萬(wàn)道爾頓不等。聚谷氨酸在生物體內(nèi)能降解為谷氨酸單體，被機(jī)體所吸收，無(wú)毒副作用。其分子鏈上存在大量的游離羧基，便于修飾改性。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、重金屬吸附、農(nóng)業(yè)、緩釋劑、藥物載體、醫(yī)用膠黏劑、組織工程等方面。聚谷氨酸相較于傳統(tǒng)凝膠材料優(yōu)勢(shì)明顯，在體內(nèi)的降解性能，生物相容性優(yōu)良，不會(huì)引起機(jī)體的排異反應(yīng)，目前，針對(duì) 聚谷氨酸用于可注射水凝膠的研究不多，聚L-谷氨酸合成難度較大，分子量不高，所以凝膠強(qiáng)度偏低 ’聚Y-谷氨酸的分子量一般較大，因此降解性能較聚L-谷氨酸略差，本專(zhuān)利通過(guò)對(duì)聚谷氨酸的改性條件進(jìn)行研究，把不同改性率的聚谷氨酸與多糖類(lèi)、合成高分子等通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成水凝膠，克服了聚谷氨酸可注射水凝膠機(jī)械強(qiáng)度低的問(wèn)題，并對(duì)其成膠時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題提供一種以聚谷氨酸及其鹽類(lèi)作為首要組分，以多糖類(lèi)高分子、多糖混合物、合成高分子、明膠、膠原蛋白等作為第二組分，對(duì)兩組分進(jìn)行改性，通過(guò)席夫堿反應(yīng)獲得機(jī)械性能良好，快速成型的可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠。本發(fā)明的目的之二在于提供該水凝膠的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠，其特征在于該水凝膠以氨基化聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽作為第一組分，以醛基化多糖高分子、合成高分子、明膠或膠原蛋白作為第二組分，通過(guò)席夫堿反應(yīng)形成肟鍵作為化學(xué)交聯(lián)位點(diǎn)，得到固含量為1 丨％到10wt%，交聯(lián)度為10%到50%的具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的含水體系。上述的多糖高分子為:海藻酸(ALG)、羥甲基纖維素(CMC)、羥丙基纖維素(HPMC)、甲基纖維素(MC)和殼聚糖(CS)中的至少一種；所述的合成高分子為:聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚丙烯醇、聚鄰羥基丁烯、聚丙烯酸或聚谷氨酸。一種制備上述的可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下:
a.配制聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽水溶液，加入碳二亞胺活化劑，完全溶解后加入1-羥基苯并三唑(HOBT)或者N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)共同作用活化羧 ·基；活化后加入氨化劑反應(yīng)0.5-24h進(jìn)行氨基化；再經(jīng)透析除去殘留的小分子，取出凍干，得到所需的第一組分；所述的碳二亞胺活化劑與HOBT或者NHS的摩爾比為2 10:1 ;所述的碳二亞胺活化劑與聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽的摩爾比為I 3:1 ;所述的氨化劑為己二胺、乙二胺、對(duì)苯二胺、己二酸二酰肼、順丁烯二酰肼或癸二酸二酰肼，氨化劑與聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽的摩爾比為:
0.5-40:1 倍;
b.第二組分制備，分為以下兩種情況:
b-1.含有可氧化基團(tuán)的多糖類(lèi)高分子、合成高分子的醛基化的方法為:將含有可氧化基團(tuán)的高分子溶于水中，配制成溶液，加入氧化劑避光反應(yīng)0.5-48h，所述的氧化劑與待氧化高分子的摩爾比為0.1 2:1，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干，得到所需的第二組分；
b-2.不含可氧化基團(tuán)的高分子的醛基化的方法為:將含有不可氧化基團(tuán)的高分子溶于水中，配制成溶液，加入碳二亞胺活化劑，與NHS或者HOBT共同作用活化可改性基團(tuán)，活化后加入含可氧化基團(tuán)的改性劑進(jìn)行改性反應(yīng)0.5-48h，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干得到未氧化產(chǎn)物；將未氧化產(chǎn)物配置成水溶液，加入氧化劑避光反應(yīng)0.5-48h，所述的氧化劑與未氧化產(chǎn)物的摩爾比為0.1 2:1，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干，得到所需的第二組分；所述的碳二亞胺活化劑與HOBT或者NHS的摩爾比為2 10:1 ;所述的碳二亞胺活化劑與不含可氧化基團(tuán)的高分子的摩爾比為I 3:1 ;所述的含可氧化基團(tuán)的改性劑為:3-氨基-1，2-丙二醇、3-羥基丙胺、1，2-二羥基丙酸或氨甲基乙烯，改性劑與不含可氧化基團(tuán)的高分子的摩爾比為:1 12:1 ;
c.成膠:根據(jù)固含量的要求，將第一組份和第二組份分別配制成水溶液(順序換了一下)，將兩組分混合，其中第一組份的氨基與第二組份的醛基的摩爾比為1:1 ;通過(guò)席夫堿反應(yīng)獲得可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠。 上述的氧化劑為高碘酸鈉、重鉻酸鉀、雙氧水或亞硫酸鈉。本發(fā)明制得的聚谷氨酸可注射水凝膠成膠速度為10-600S，成膠速度快。采用氨基化聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽與醛基化高分子通過(guò)席夫堿反應(yīng)形成水凝膠?？刂蒲趸瘎┖?、氧化時(shí)間、成膠組分濃度、固含量等，以調(diào)控凝膠成膠速度和機(jī)械強(qiáng)度。該發(fā)明提供了一種生物相容性優(yōu)良的新型醫(yī)用材料，在組織工程、藥物控釋、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
:
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一:
稱(chēng)取2g Y -谷氨酸，配制lwt%的水溶液，加入7.68gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、3.63g 1-羥基苯并三唑與8.74g己二酸二酰肼反應(yīng)8h，取出透析凍干。稱(chēng)取2g海藻酸鈉，配制^^%的水溶液，加入1.44g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)24h，取出透析凍干。分別將改性Y -谷氨酸與改性海藻酸鈉配制成0.5wt%的溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間600s，壓縮模量為0.24MPa。實(shí)施例二:
稱(chēng)取4g Y-谷氨酸，配制10 丨％的水溶液，加入1.64gN, N-二異丙基碳二亞胺、2.42gl-羥基苯并三唑與8.74g己二酸二酰肼反應(yīng)lh，取出透析凍干。稱(chēng)取4g殼聚糖，配制10%的水溶液，加入2.88g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)12h，取出透析凍干。分別將改性Y -谷氨酸與改性殼聚糖配制成10wt%的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間574s，壓縮模量為0.19MPa。實(shí)施例三:
稱(chēng)取5gL-谷氨酸，配制5wt%的水溶液，加入19.2gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、24.2gN-羥基琥珀酰亞胺與43.7g癸二酸二酰肼反應(yīng)6h，取出透析凍干。稱(chēng)取5gMC，配制5%的水溶液，加入1.09g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)36h，取出透析凍干。分別將改性L-谷氨酸與改性甲基纖維素配制成2wt%的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間477s，壓縮模量為1.13MPa。實(shí)施例四:
稱(chēng)取5gL-谷氨酸,配制20wt%的水溶液,加入6.4g 二環(huán)己基碳二亞胺、12.1gl-輕基苯并三唑與43.1g己二胺反應(yīng)0.5h，取出透析凍干。稱(chēng)取5g羥丙基甲基纖維素，配制20%的水溶液，加入1.09g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)0.5h，取出透析凍干。分別將改性L-谷氨酸與改性羥丙基甲基纖維素配 制成10被％的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間11s，壓縮模量為1.54MPa。實(shí)施例五:
稱(chēng)取5g聚Y-谷氨酸鈉，配制5wt%的水溶液，加入19.2gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、12.1gl-羥基苯并三唑與43.7g己二酸二酰肼反應(yīng)24h，取出透析凍干。稱(chēng)取5g羥丙基甲基纖維素，配制10%的水溶液，加入10.9g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)48h，取出透析凍干。分別將改性聚Y-谷氨酸鈉與改性羥丙基甲基纖維素配制成7wt%的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間10s，壓縮模量為3.74MPa。實(shí)施例六:
稱(chēng)取2g Y -谷氨酸，配制5wt%的水溶液，加入19.2gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、12.1gl-羥基苯并三唑與43.1g己二酸二酰肼反應(yīng)6h，取出透析凍干。稱(chēng)取2g海藻酸鈉和甲基纖維素混合物，配制10wt%的水溶液，加入20.9g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)48h，取出透析凍干。分別將改性Y-谷氨酸與改性多糖混合物配制成7被％的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間78s，壓縮模量為2.44 MPa。實(shí)施例七:
稱(chēng)取IgL-谷氨酸，配制lwt%的水溶液，加入2.69gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、2.42gl-羥基苯并三唑與8.74g己二酸二酰肼反應(yīng)lh，取出透析凍干。稱(chēng)取2g聚丙烯酸，配制lwt%的水溶液，加入24.8gl-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、12.1gl-羥基苯并三唑活化羧基，加入6.4g3-羥基丙胺反應(yīng)24h，取出透析凍干。將改性聚丙烯酸配成5wt%的水溶液,加入10.9g的高碘酸鈉,避光反應(yīng)48h,取出透析凍干。分別將改性L-谷氨酸與二次改性的聚丙烯酸配制成0.5wt%的水溶液，等體積混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間40s，壓縮模量為3.56MPa。 實(shí)施例八:
稱(chēng)取Ig Y-谷氨酸，配制lwt%的水溶液，加入5.56gl-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、2.89gN-羥基琥珀酰亞胺。與7，49g3-氨基-1，2-丙二醇反應(yīng)12h，取出透析凍干。將3-氨基-1,2-丙二醇改性后的Y-谷氨酸配成5wt%的水溶液，加入21.3g的高碘酸鈉，避光反應(yīng)48h，取出透析凍干。稱(chēng)取IgL-谷氨酸，配制1 〖％的水溶液，加入
8.84gl-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽、2.42gl-輕基苯并三唑與1.33g己二酸二酰肼反應(yīng)0.5h，取出透析凍干。分別將醛基化Y-谷氨酸與酰肼化L-谷氨酸配制成
0.5wt%的水溶液，等體積 混合，獲得水凝膠，成膠時(shí)間930s，壓縮模量為0.24MPa。
權(quán)利要求
1.一種可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠，其特征在于該水凝膠以氨基化聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽作為第一組分，以醛基化多糖高分子、合成高分子、明膠或膠原蛋白作為第二組分，通過(guò)席夫堿反應(yīng)形成肟鍵作為化學(xué)交聯(lián)位點(diǎn)，得到固含量為1 丨％到10wt%，交聯(lián)度為10%到50%的具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的含水體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠，其特征在于所述的多糖高分子為:海藻酸(ALG)、羥甲基纖維素(CMC)、羥丙基纖維素(HPMC)、甲基纖維素(MC)和殼聚糖(CS)中的至少一種；所述的合成高分子為:聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚丙烯醇、聚鄰羥基丁烯、聚丙烯酸或聚谷氨酸。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下: a.配制聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽水溶液，加入碳二亞胺活化劑，完全溶解后加入1-羥基苯并三唑(HOBT)或者N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)共同作用活化羧基；活化后加入氨化劑反應(yīng)0.5-24h進(jìn)行氨基化；再經(jīng)透析除去殘留的小分子，取出凍干，得到所需的第一組分；所述的碳二亞胺活化劑與HOBT或者NHS的摩爾比為2 10:1 ;所述的碳二亞胺活化劑與聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽的摩爾比為I 3:1 ;所述的氨化劑為己二胺、乙二胺、對(duì)苯二胺、己二酸二酰肼、順丁烯二酰肼或癸二酸二酰肼，氨化劑與聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽的摩爾比為:0.5-40:1 倍; b.第二組分制備，分為以下兩種情況: b-1.含有可氧化基團(tuán)的多糖類(lèi)高分子、合成高分子的醛基化的方法為:將含有可氧化基團(tuán)的高分子溶于水中，配制成溶液，加入氧化劑避光反應(yīng)0.5-48h，所述的氧化劑與待氧化高分子的摩爾比 為0.1 2:1，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干，得到所需的第二組分； b-2.不含可氧化基團(tuán)的高分子的醛基化的方法為:將含有不可氧化基團(tuán)的高分子溶于水中，配制成溶液，加入碳二亞胺活化劑，與NHS或者HOBT共同作用活化可改性基團(tuán)，活化后加入含可氧化基團(tuán)的改性劑進(jìn)行改性反應(yīng)0.5-48h，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干得到未氧化產(chǎn)物；將未氧化產(chǎn)物配置成水溶液，加入氧化劑避光反應(yīng)0.5-48h，所述的氧化劑與未氧化產(chǎn)物的摩爾比為0.1 2:1，反應(yīng)結(jié)束后透析凍干，得到所需的第二組分；所述的碳二亞胺活化劑與HOBT或者NHS的摩爾比為2 10:1 ;所述的碳二亞胺活化劑與不含可氧化基團(tuán)的高分子的摩爾比為I 3:1 ;所述的含可氧化基團(tuán)的改性劑為:3-氨基-1,2-丙二醇、3-羥基丙胺、1，2-二羥基丙酸或氨甲基乙烯，改性劑與不含可氧化基團(tuán)的高分子的摩爾比為:1 12:1 ; c.成膠:根據(jù)固含量的要求，將第一組份和第二組份分別配制成水溶液(順序換了一下)，將兩組分混合，其中第一組份的氨基與第二組份的醛基的摩爾比為1:1 ;通過(guò)席夫堿反應(yīng)獲得可注射用聚谷氨酸化學(xué)交聯(lián)水凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的氧化劑為高碘酸鈉、重鉻酸鉀、雙氧水或亞硫酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明制備了一種化學(xué)交聯(lián)聚谷氨酸可注射水凝膠，其特征在于首先制備改性聚谷氨酸或聚谷氨酸鹽作為第一組分，同時(shí)改性多糖高分子(如海藻酸、羥甲基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、殼聚糖等)、改性多糖混合物、改性合成高分子(如聚丙烯醇、聚鄰羥基丁烯、聚丙烯酸、聚谷氨酸等)、改性明膠、改性膠原蛋白等作為第二組分，將兩組分以一定比例混合,通過(guò)席夫堿反應(yīng)，制得化學(xué)交聯(lián)聚谷氨酸可注射水凝膠，成膠時(shí)間為10-600s。水凝膠機(jī)械性能好、生物相容和生物降解性優(yōu)良，在組織工程、藥物控釋、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L33/02GK103146002SQ20131006725
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者顏世峰, 張?chǎng)? 劉志文, 尹靜波, 崔磊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)