一种壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法

本发明属于生物医用材料，特别涉及一种两步法制备壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的方法。

背景技术：

1、水凝胶是一类具有三维网状结构的高分子材料，可以吸收大量的水和生物液体。水凝胶由于其与细胞外基质相似的结构，被认为是一种理想的软组织支架材料，可以用于软骨再生，伤口敷料，皮肤支架、药物输送等领域。壳聚糖、透明质酸等天然聚多糖具有良好的生物相容性、生物降解性和低免疫原性，被认为是传递小分子、生物活性成分和治疗细胞的理想材料。天然多糖类水凝胶有广泛的应用前景，尤其以壳聚糖、透明质酸、纤维素、魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠为主的聚多糖水凝胶在生物工程和制药领域应用广泛。与传统水凝胶相比，可注射水凝胶可以使用微小针头通过微创技术直接注射到目标病灶区域，与植入手术相比大幅度减少了操作难度，避免了进一步的组织损伤和功能丧失的问题。水凝胶的自愈性能表现在，水凝胶在受到外力作用损坏后，可以在外力移除后的几秒钟到几小时内部分或完全的恢复到原来的状态。这种自愈性能有助于延长材料使用寿命，恢复和保存其原始特性。

2、目前可注射自愈合水凝胶还存在着一些不足，例如，制备过程使用戊二醛等有毒交联剂，这类交联剂有一定的细胞毒性，限制了其在生物医用材料上的应用；大多数可注射自愈合水凝胶都需要对原料结构进行修饰来引入动态键或温敏结构，这通常是一个漫长而复杂的过程且还会影响水凝胶的生物相容性，目前对可注射水凝胶的研究多为温敏性水凝胶，该类水凝胶的保存受温度影响较大，温度较高就会变为凝胶，需要低温保存，运输和贮存的需求和费用较高。

技术实现思路

1、本发明应对上述提到的可注射、自愈合水凝胶使用有毒交联剂影响生物相容性和原材料修饰过程复杂和贮存困难等问题，提供一种壳聚糖基可注射、自愈合水凝胶的制备方法，通过壳聚糖和透明质酸钠之间形成聚电解质复合物来制备水凝胶，通过氢键和静电相互作用来实现自愈合性，制备方法简单，且水凝胶制备过程中没有使用有毒交联剂，不需对原料进行改性，制备的冻干凝胶粉可在常温长时间贮存且运输方便，通过二次凝胶的方法简化了手术前的准备过程，操作简单，可用于填充不规则缺损，软骨修复，皮肤修复等。

2、本发明的技术方案为：

3、一种壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)初始水凝胶的制备：将透明质酸钠加入水中制备透明质酸钠溶液，将壳聚糖加入到醋酸水溶液中制备壳聚糖醋酸溶液，使用蠕动泵将透明质酸钠溶液滴加到壳聚糖醋酸溶液中，边滴加边搅拌，混合溶液中有白色颗粒状聚电解质复合物形成，滴加结束后对该溶液进行抽滤和超纯水冲洗，得到初始水凝胶；

5、(2)冻干凝胶粉末的制备：将初始水凝胶放在冰箱中预冷冻，然后放入真空冷冻干燥箱中冷冻干燥，得到冻干水凝胶，将冻干水凝胶研磨得到冻干凝胶粉末；

6、(3)二次凝胶的制备：将冻干凝胶粉末加入到交联溶剂中制备得到溶胶，静置6～30min后溶胶会变为水凝胶，得到二次水凝胶产品。

7、进一步地，步骤(1)透明质酸钠溶液和壳聚糖醋酸水溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml，醋酸水溶液的质量分数为0.5％～3％，透明质酸钠溶液和壳聚糖醋酸水溶液混合时，壳聚糖与透明质酸钠的质量比为1:1～2.5:1。

8、进一步地，步骤(1)替换为：将透明质酸钠加入水中制备透明质酸钠溶液，透明质酸钠溶液中加入硫酸氢钠形成含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液，将壳聚糖加入到醋酸水溶液中制备壳聚糖醋酸溶液，将含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液滴加到壳聚糖醋酸溶液中，边滴加边搅拌，滴加结束后抽滤和超纯水冲洗，得到初始水凝胶；其中所用醋酸水溶液的质量分数为0.5％～3％扩大范围含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液和壳聚糖醋酸溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml，壳聚糖醋酸溶液和含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液中壳聚糖的正离子(氨基)与透明质酸钠和硫酸氢钠的负离子之和(羧基和硫酸氢根)的摩尔比为1:1～2.5:1。

9、进一步地，步骤(1)采用蠕动泵将透明质酸钠溶液或含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液滴加到壳聚糖醋酸溶液中，滴加速率为1～10r/min。

10、进一步地，步骤(2)中预冷冻温度为-40～-60℃，时间6～16h；冷冻干燥时间为12～36h。

11、进一步地，步骤(3)中交联溶剂为氯化钙溶液或氯化钙和甘氨酸的混合溶液，氯化钙溶液的浓度为0.05m～0.5m；氯化钙和甘氨酸的混合溶液的浓度为0.05m～0.5m，其中氯化钙与甘氨酸的物质的量比为1:1～1:3，冻干凝胶粉末占交联溶剂的质量分数为5wt％～10wt％。

12、本发明的有益效果：

13、(1)本发明初始水凝胶仅靠正负离子间的相互作用形成，不需要交联剂，主要原料为壳聚糖和透明质酸钠或硫酸氢钠和透明质酸钠的混合物，不需要对壳聚糖和透明质酸钠进行改性，得到的水凝胶的生物相容性好且初始水凝胶有一定的粘性和抗菌性。

14、(2)本发明制备的冻干凝胶粉末，可以常温长时间贮存，运输方便、降低了运输成本，常温长时间贮存对再次形成的水凝胶性能影响不大。

15、(3)本发明通过两次凝胶的方法实现了水凝胶的可注射性和自愈合性，制备二次凝胶的操作简单，凝胶化时间适中，可以简化手术前的准备过程，便于手术操作。

16、(3)本发明制备工艺简单、绿色环保、安全高效，有广泛的应用前景，可用于软骨修复，皮肤缺口修复，伤口敷料，填充不规则缺损等。

技术特征：

1.一种壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)透明质酸钠溶液和壳聚糖醋酸水溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml，醋酸溶液的质量分数为0.5％～3％，壳聚糖与透明质酸钠的质量比为1:1～2.5:1。

3.根据权利要求1所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)替换为：将透明质酸钠加入水中制备透明质酸钠溶液，透明质酸钠溶液中还加入硫酸氢钠形成含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液，将壳聚糖加入到醋酸水溶液中制备壳聚糖醋酸溶液，将含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液缓慢滴加到壳聚糖醋酸溶液中，边滴加边搅拌，滴加结束后抽滤和超纯水冲洗，得到初始水凝胶；其中透明质酸钠溶液和壳聚糖醋酸溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml，醋酸水溶液的质量分数为0.5％～3％，壳聚糖醋酸溶液中的氨基与透明质酸钠和硫酸氢钠的羧基和硫酸氢根之和的摩尔比为1:1～2.5:1。

4.根据权利要求2或3所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)采用蠕动泵将透明质酸钠溶液或含有硫酸氢钠的透明质酸钠溶液滴加到壳聚糖醋酸溶液中，滴加速率为1～10r/min。

5.根据权利要求1所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)预冷冻温度为-40～-60℃，时间6～16h；冷冻干燥时间为12～36h。

6.根据权利要求1所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中交联溶剂为氯化钙溶液或氯化钙和甘氨酸的混合溶液，氯化钙溶液的浓度为0.05～0.5mol/l；氯化钙和甘氨酸的混合溶液的浓度为0.05～0.5mol/l，其中氯化钙与甘氨酸的物质的量比为1:1～1:3。

7.根据权利要求1所述壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)冻干凝胶粉末占交联溶剂的质量分数为5％～10％。

技术总结
本发明公开一种壳聚糖基可注射自愈合水凝胶的制备方法，将透明质酸钠溶液或透明质酸钠和硫酸氢钠的混合溶液滴加到壳聚糖醋酸溶液中，边滴加边搅拌，滴加结束后抽滤和冲洗，得到初始水凝胶；将初始水凝胶进行预冷冻，再冷冻干燥，得到冻干水凝胶，研磨得到冻干凝胶粉末；将冻干凝胶粉末加入到溶剂中制备得到溶胶，静置后得到二次水凝胶产品，冻干凝胶粉末在二次凝胶化过程有很好的可注射性，且得到的二次水凝胶具有自愈合性，本发明解决了一般水凝胶贮存困难的问题，制备的凝胶粉末在室温下可长时间稳定贮存，二次凝胶化过程操作简便，水凝胶具有高生物相容性和安全性，具有广泛的临床应用前景。

技术研发人员：冷崇燕,肖佳敏,王建亮,许义喆,王震东,张国人
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13