一种光交联仿生水凝胶及其制备和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子凝胶技术领域，具体涉及一种光交联仿生水凝胶及其制备和应 用。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是一种通过共价键、氢键或范德华力等作用相互交联构成的具有三维网状 结构的聚合物材料。由于其物理性状与活体组织类似，往往具有优良的生物相容性，因而在 组织工程、药物输送系统、植入及介入医疗器械等生物医用领域表现出广阔的应用前景。 [0003]制备凝胶常用的交联方法有物理交联、化学交联、高能射线辐照交联和光交联等。 物理交联凝胶的力学性能及稳定性不理想;化学交联的化学引发剂增加了其细胞毒性且交 联过程不易控制；高能射线辐照交联对原位凝胶的形成受限等原因。光交联的反应条件温 和，副产物少，反应过程容易控制，反应效率高，尤其适用于生物医用领域。
[0004]壳聚糖是自然界唯一的碱性氨基多糖，它无毒无害，具有生物可降解性、良好的生 物相容性、易于加工等许多优点，以其为基材构建的水凝胶等材料已广泛应用于生物医用 令页域[Hui Yun Zhou,Ling Juan Jiang, Pei Pei Cao , Jun Bo L i , X i Guang Chen.Glycerophosphate-based chitosan thermosensitive hydrogel and their biomedical applications. Carbohydrate Polymers,2015,117,524-536；Hang Li,Andrew M.Koenig,Patricia Sloan,Nic D.Leipzig. In vivo assessment of guided neural stem cell differentiation in growth factor immobilized chitosan-based hydrogel scaffolds .Biomaterials 35(2014)9049-9057]。但仍然存在生理条件下抗菌性 不佳、易导致非特异性蛋白吸附等不足，限制了其临床应用。
[0005] 当前，细菌等微生物黏附及随后形成的生物膜是导致植入物感染和医疗器械故障 失效的主要原因之一，严重威胁着人类的身体健康和生命安全。此外，源于非特异性蛋白吸 附导致的不良生物反应也是影响植入及介入等医疗器械治疗效果的重要因素。为此，人们 一直致力开发兼有抗菌和抑制蛋白吸附的生物医用材料。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种光交联仿生 水凝胶。该光交联仿生水凝胶兼有抗菌性和抗蛋白吸附。
[0007] 本发明的另一目的在于提供上述光交联仿生水凝胶的制备方法。
[0008] 本发明的另一目的在于提供上述光交联仿生水凝胶的应用。
[0009] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0010] -种光交联仿生水凝胶，所述光交联仿生水凝胶的单体为：甲基丙烯酸缩水甘油 酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs-GMA)，其分子结构如式I所示：
[0011]
[0012]其中4/!1 = 〇~〇.2，即壳聚糖的脱乙酰度为80%~100%;7/11 = 0.25~0.75，即磷 酸二胆碱基团的取代度优选为25 %~75 % ; z/n = O . 1~O . 4，即甲基丙烯酸缩水甘油酯 (GMA)取代度优选为10%~40% ;η为结构式中重复单元数。
[0013] -种光交联仿生水凝胶的制备方法，所述光交联仿生水凝胶为甲基丙烯酸缩水甘 油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐水凝胶，所述制备方法包括如下步骤：
[0014] (1)将6-0-三苯基甲醚化壳聚糖(Cs-Tr)溶于反应介质；加入双取代胆碱膦酸酯， 其中6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（Cs-Tr)中的氨基与双取代胆碱膦酸酯的摩尔比为1: (2~ 10)，0~40°C搅拌反应4~24h;旋干溶剂，加入甲酸，室温搅拌0.5~6h;旋干甲酸，用生理盐 水和去离子水透析，冷冻干燥，得到磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐；
[0015] (2)配制磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐水溶液，将甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到磷 酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐水溶液中，惰性气体氛围保护下50°C~80°C反应4h~12h后，透 析，冷冻干燥，得到甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs-GMA);
[0016] (3)配制甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的水溶液，加入光引 发剂;然后在紫外光下照射，即得到透明、均匀、具有良好力学性能的甲基丙烯酸缩水甘油 酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs-GMA)水凝胶。
[00?7] 步骤（1)中所述的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（Cs-Tr)，按照文献"S. J. Nishmura， 0·Kohgo，K·Kurita，MacromoIecules 24(1991)4745-4748." 中的制备方法由壳聚糖改性得 到:①邻苯二甲酸酐(NPTH)和壳聚糖（其中NPTH和壳聚糖-NH2摩尔比为3:1)在无水N，N-二 甲基甲酰胺中氮气保护下130°C反应8h，过滤除去不溶物后倒入高速搅拌的冰水中，然后过 滤，并且用乙醇，乙醚洗涤后烘干得邻苯二甲酰化壳聚糖(NPTH-Cs);②邻苯二甲酰化壳聚 糖(NPTH-Cs)和三苯基氯甲烷(Tr)(摩尔比1:10)在无水吡啶中氮气保护下90°C反应24h，过 滤除去不溶物后倾入高速搅拌的乙醇中，然后过滤，并且用乙醇，乙醚洗涤后烘干得NPTH-Cs-Tr;③NPTH-Cs-Tr按照lg/20mL的量加入到50%水合肼中，氮气保护下反应16h，然后过 滤后，用乙醇，乙酿洗涤后烘干，即得Cs-Tr。
[0018]步骤（1)中所述的反应介质优选为N，N-二甲基乙酰胺，或是三乙胺和四氯化碳的 混合溶液，或是N，N-二甲基乙酰胺、三乙胺和四氯化碳的混合溶液;其中每IOOmL N，N-二甲 基乙酰胺中含有1~IOg的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖，优选为含有1~2g;其中三乙胺、四氯 化碳与6-0-三苯基甲醚化壳聚糖的氨基摩尔比例优选为6:4:1。
[0019] 步骤（1)中所述的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖(Cs-Tr)中的氨基与双取代胆碱膦酸 酯的摩尔比优选为1: (4~8)。
[0020] 步骤(1)中所述的搅拌反应的条件优选为0~40°C搅拌反应10~12h。
[0021] 步骤(1)中所述的室温搅拌的时间优选为2~6h。
[0022] 步骤（1)中所述的双取代胆碱膦酸酯由氯化胆碱和亚磷酸二苯酯按摩尔比2:1在 二甲亚砜/吡啶混合溶剂中反应2小时制得。
[0023] 步骤(1)中所述的甲酸与Cs-Tr中-NH2摩尔比优选为5~50。
[0024]步骤(2)中所述的磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs)中氨基与甲基丙烯酸缩水 甘油酯(GM)的摩尔比优选为0.5~2。
[0025] 步骤(2)中所述的反应时间优选为4h~12h;反应温度优选为50°C~80°C。
[0026] 步骤（2)中所述的磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐水溶液的浓度优选为0.1~IOmg/ mL;更优选为1~I Omg/mL。
[0027] 步骤(2)所述的惰性气体优选为氮气。
[0028] 步骤(3)中所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐的水溶液 的浓度优选为40~200mg/mL。
[0029] 步骤(3)中所述的光引发剂优选为烷基苯酮类光引发剂;更优选为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮（12959)。
[0030] 步骤(3)中所述的光引发剂加入量优选为0.1 %~1 % (w/v)。
[0031 ]步骤(3)中所述的紫外光优选为近紫外光(n = 365nm)。
[0032]步骤(3)中所述紫外光强度优选为10~lOOmW/cm2。
[0033]步骤(3)中所述的紫外光照射时间优选为5~30min。
[0034] 本发明所述的光交联仿生水凝胶可以应用在生物医学领域，尤其是应用于植入及 介入医疗器械、组织工程材料、医用敷料中。
[0035] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0036] 本发明所述的光交联仿生水凝胶成型条件快速、温和，具有的局域分枝双正电荷 结构的磷酸二胆碱基团（PDC)可兼顾改善亲水性、细胞毒性、抗菌性和抑制蛋白吸附，得到 的仿生水凝胶在生理环境条件下具有显著的广谱抗菌效果，对正常细胞无毒，且可抑制蛋 白吸附，在医疗、健康护理等生物医用领域有重要的应用价值。
【附图说明】
[0037] 图1是实施例1制备的甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐 (PDCCs-GMA)的1H NMR谱图。
[0038] 图2是实施例1制备的甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐 (PDCCs-GMA)的31P NMR谱图。
[0039] 图3是实施例1制备的甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐 (PDCCs-GMA)水凝胶的蛋白吸附量图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0041 ] 实施例1
[0042] -种甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐水凝胶制备方法，包括 如下步骤：
[0043] 步骤(1):磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs)的合成
[0044] 取200mg由壳聚糖（χ/η = 0)改性得到的6-0-三苯基甲醚化壳聚糖（Cs-Tr)溶于 IOmL无水N，N-二甲基乙酰胺，同时加入1.05mL的三乙胺和0.475mL的四氯化碳；缓慢加入 IOmL溶解0.475mL双取代胆碱膦酸酯的异丙醇，其中Cs-Tr中的氨基与双取代胆碱膦酸酯的 摩尔比为1:5,室温搅拌反应12小时;旋干溶剂，加入甲酸，室温搅拌2小时；旋干甲酸，用生 理盐水和去离子水透析，冷冻干燥，得到磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐，其中磷酸二胆碱基团 的取代度为42 %。
[0045]步骤(2):甲基丙烯酸缩水甘油酯-磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐(PDCCs-GMA)的合 成
[0046] 取0.5g步骤（1)制得的磷酸二胆碱化壳聚糖盐酸盐溶于IOOmL去离子水中，加入 0.275