一种壳聚糖低温水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种壳聚糖低温水凝胶及其制备方法及其在医药生物方面的用途。
【背景技术】
[0002] 壳聚糖是由葡糖胺和N-乙酰基葡糖胺组成的自然界中唯一的碱性多糖，是由在 甲壳类动物中含量非常丰富的几丁质通过碱化脱乙酰作用得到的一种线性粘多糖，其不溶 于水，可在酸性条件下，由于其结构上带有的氨基基团质子化而能溶于水并使其带有正电 荷，因此具有凝胶性和成膜性。具有良好生物相容性、特殊生物活性（抗菌、止血、促进伤口 愈合、防止组织粘连、抗肿瘤等）和来源广泛性的壳聚糖在临床医学、再生医学和药物载体 领域都有着广泛地应用 [2]。壳聚糖突出的生物相容性让壳聚糖成为目前最具发展前景的天 然生物材料之一，水凝胶作为壳聚糖应用领域中最为突出的应用形式之一，近十几年来已 经发展的非常成熟，特别是在医用敷料、药物载体、手术缝合以及组织再生等领域。
[0003] 在酸性条件下，壳聚糖能均匀地分散在溶剂（目前一般采用稀盐酸或稀乙酸）中， 通过交联反应形成具有三维结构的网状多孔结构的水凝胶。目前，壳聚糖水凝胶主要分为 物理交联和化学交联水凝胶。化学交联水凝胶是因为壳聚糖结构上具有氨基和羟基，为化 学交联剂提供了能与壳聚糖结合的结合位点，通过在结合位点形成共价键而与壳聚糖交联 形成水凝胶。物理交联水凝胶是通过非共价键来形成具有三维网络多孔结构的水凝胶。化 学交联的壳聚糖水凝胶具有很好的交联效果，但由于使用的交联剂具有一定的毒性，限制 了化学交联壳聚糖水凝胶的应用，而物理交联水凝胶没有使用化学交联剂，拥有更好的生 物相容性，因此广泛地应用在生物医学领域。目前，一般采用物理交联方式制备医用壳聚糖 水凝胶，物理交联壳聚糖水凝胶主要是通过离子间的静电作用、氢键以及链缠绕的方式形 成壳聚糖水凝胶。
[0004] 由于壳聚糖结构上带有氨基，氨基质子化后可使壳聚糖带有正电荷，因此壳聚糖 可以和带有负电荷的分子之间的相互作用形成离子络合物从而形成凝胶。早在2000年 Chenite等就已经发现高脱乙酰度的壳聚糖能与甘油磷酸钠混合得到一种能在室温或低于 室温下保持溶液状态而温度升高到体温后可形成水凝胶的壳聚糖/ 0 _甘油磷酸二钠温敏 溶液。由于该凝胶体系反应条件较为温和，且已经有很多研究表明其具有很好的生物相容 性、生物降解性，是目前研究较多的一个凝胶体系。
[0005] 作为壳聚糖/甘油磷酸钠温敏凝胶系统的创始人，Chenite等研究了壳聚糖/ 0 _甘油磷酸二钠和壳聚糖/ 0 _甘油磷酸二钠/ 0 _磷酸二钙两个不同的凝胶体系的凝胶 性能和生物相容性，结果表明两个凝胶体系在小鼠内的成胶速度都较快且具有很好的生物 相容性。但进一步的研究发现，壳聚糖/ 0 _甘油磷酸二钠形成的凝胶机械强度较差，这限 制了它在生物材料上的应用。
[0006] Moura等人报道了通过加入一个化学交联剂到壳聚糖温敏性溶液中以达到增强水 凝胶机械性质和水凝胶稳定性，同时达到有效控制药物释放的离子共价交联壳聚糖温敏水 凝胶，但是，化学交联剂具有一定的毒性并且其在体内很难被清除。
[0007]DongZhang等人制备了一个具有磁性的负载卡介苗的可注射性温敏性壳聚糖/ 0 _甘油磷酸二钠水凝胶用作膀胱肿瘤的靶向定位治疗。发现该磁性壳聚糖/ 0 _甘油磷 酸二钠水凝胶在小鼠体内外（37°C)都具有快速的溶胶-凝胶转变和超顺磁特性。重要的 是，该凝胶系统在48h内对卡介苗的控释效果较明显，而稳定的释放可能增加抗肿瘤效果。 [0008]目前，我们研究的壳聚糖温敏水凝胶主要集中在能在37°C下成胶，并能对药物有 好的控释效果、生物相容性及其机械性能。而仅仅能在37°C下能成胶的温敏性水凝胶在很 大一方面降低了水凝胶医用敷料的方便性，因为人的表皮温度可能无法达到37°C，因此市 面上的水凝胶敷料都是先将壳聚糖温敏溶液制备成水凝胶之后才被制成敷料，这大大提高 了敷料制造成本。
[0009] 氧化石墨烯具有丰富羧基、羟基和环氧基[7 8]，表明氧化石墨烯是一个带有负电的 电解质，只要有合适的带正电的聚阳离子便可以与之形成离子络合物进而形成水凝胶，同 时氧化石墨烯可以实现多联载药。由于壳聚糖带有氨基，所以其溶液带有正电，而氧化石墨 烯溶液带有负电，目前已有研究将两者结合到一起制备出具有好的机械性质和生物相容性 的石墨烯基/壳聚糖水凝胶膜。但由氧化石墨烯和壳聚糖直接制备的水凝胶并没有温敏 性，这大大缩小了其在生物材料方面的应用。
[0010] 由于壳聚糖/e-甘油磷酸二钠溶液系统具有温敏性，壳聚糖/氧化石墨烯具有很 好的机械性能和生物相容性，将三者结合到一块有望制备出一种具有快速凝胶化、生物相 容性并具有温敏性的壳聚糖/氧化石墨烯/ 0 -甘油磷酸二钠温敏水凝胶。于是，申请人 经过大量的试验研究，通过简单的混合方法制备出了一种可在低于37°C条件下形成壳聚糖 /氧化石墨烯/ 0 _甘油磷酸二钠水凝胶，该水凝胶具有温敏性、快速凝胶化、可多联载药和 良好生物相容性等优点，对医用水凝胶领域有着非常重大的意义。
【发明内容】
[0011] 本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种 在低于37°C下便可成胶，同时具有好的生物相容性、控释效果以及机械性能的壳聚糖/氧 化石墨烯/ 0 _甘油磷酸二钠温敏水凝胶，这样的水凝胶有望发展应用到伤口直接涂敷水 凝胶领域。本发明还提供了该水凝胶的制备方法及其在医药方面的用途。
[0012] 为了实现上述目的，发明人通过将壳聚糖溶解到氧化石墨烯超声剥离溶液中，添 加0-甘油磷酸二钠溶液以直接混合的方式制备了一种壳聚糖/氧化石墨烯/ 0 -甘油磷 酸二钠温敏水凝胶。本发明的实验结果表明，将氧化石墨烯（以下简称G0)加到壳聚糖（以 下简称CS)/P-甘油磷酸二钠（以下简称P-GP)温敏凝胶溶液中形成三元凝胶系统，该凝 胶系统不仅具有温敏性且较CS/P-GP二元凝胶系统具有更低的成胶温度、更短的成胶时 间，这样的水凝胶系统有望在水凝胶敷料领域得到很好的应用。申请人还通过流变测试研 究了壳聚糖浓度、0 _甘油磷酸二钠浓度以及氧化石墨烯浓度对壳聚糖水凝胶成胶温度和 成胶时间的影响。结果表明壳聚糖浓度、甘油磷酸二钠浓度以及氧化石墨烯浓度与壳 聚糖温敏水凝胶的成胶温度和成胶时间呈现负相关关系。
[0013] 根据本发明的一个具体实施方案，提供了一种壳聚糖/氧化石墨烯/ 0 _甘油磷酸 二钠（CS/G0/P-GP)温敏性水凝胶及其制备方法。
[0014] 本发明提供了一种壳聚糖/氧化石墨烯/e-甘油磷酸二钠（CS/GO/e-GP)温敏 性水凝胶。进一步地，所述GO的浓度为0 % -0. 3 % (w/w)的CS/GO/ 0 -GP温敏性溶液，优 选为 0? 1 % -0? 3% (w/w)的CS/G0/ 0-GP温敏性溶液，更优选为 0? 1 % (w/w)、0? 2% (w/w) 或0. 3% (w/w)的CS/GO/P-GP温敏性溶液。进一步地，所述CS的浓度为1. 5% -2% (w/ v) 的CS/G0/ 0 -GP温敏性溶液，优选为2 % (w/v)的CS/G0/ 0 -GP温敏性溶液。更进一步 地，所述0 -GP的摩尔浓度为0? 131mol/L-0. 327mol/L的CS/GO/ -GP温敏性溶液，优选为 0? 131mol/L、0. 183mol/L、0. 229mol/L、0. 283mol/L或0? 327mol/L的CS/GO/0 -GP温敏性溶 液，更优选为〇. 327mol/L的CS/G0/ 0 -GP温敏性溶液。更进一步地，所述壳聚糖/氧化石 墨烯/0_甘油磷酸二钠（CS/G0/P-GP)温敏性水凝胶可在低于37°C条件下形成凝胶。
[0015] 另一方面，本发明涉及制备壳聚糖/氧化石墨烯/P-甘油磷酸二钠（CS/G0/ 0-GP)温敏性水凝胶的