具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶及其制备方法

本发明涉及自愈合水凝胶材料，尤其涉及一种具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、透明质酸(hyaluronic acid，简称ha)，广泛分布于动物和人体的细胞外基质中，是细胞外基质和多种组织的重要组成成分，具有多种重要的生理学功能。透明质酸基水凝胶具有较高的临床应用价值，广泛应用于各类眼科手术、关节炎治疗中，也可作为敷料用于加速伤口愈合。但是，透明质酸自身难以在生理条件下形成水凝胶，限制了其在生物医学领域的应用。

2、针对上述问题，发明专利(申请号为cn 202110045532.7)公开了一种可拉伸、自愈合、刺激响应的生物高分子水凝胶，采用透明质酸水溶液在ph值调节至2～5.5的条件下与金属离子混合得到，金属离子为fe3+或cu2+或co2+或ni2+或zn2+或cd2+或ag+，金属离子以离子盐的形式加入，通过透明质酸与金属离子在水中的配位交联形成透明质酸-金属离子网络水凝胶。但是该专利中透明质酸利用金属离子实现交联，自愈合的性能差，生物安全性低，使其在医学材料领域的应用受到限制。

3、另外，现有技术中的水凝胶多为预制水凝胶，缺乏可注射和自愈合的特性，当受到外力压迫时，水凝胶容易出现破损而暴露出伤口，从而降低止血效果；而自愈合水凝胶采用有机高分子材料提高机械性能时，会导致水凝胶的愈合效率降低，具有较高愈合效率的水凝胶则往往机械性能较差，不能满足人们所需的同时具有优异机械性能和高愈合效率水凝胶的要求。

4、有鉴于此，有必要设计一种改进的、安全无毒的、具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶及其制备方法，选用高分子量的透明质酸提高水凝胶的机械性能，选用超分子的羧甲基-β-环糊精接枝酰肼基，增加醛基与酰肼基的碰撞几率，使得水凝胶具有优异机械性能的同时能够快速凝胶和自愈合，且将3,3'-二硫代双(丙酰肼)接枝到羧甲基-β-环糊精上，显著降低了游离酰肼基的毒性，该水凝胶具有良好的应用价值。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶，所述水凝胶由包括醛基化透明质酸、酰肼化羧甲基-β-环糊精的原料制备而成，所述醛基化透明质酸中的醛基与所述酰肼化羧甲基-β-环糊精中酰肼基的摩尔比为1:(2～3)。

3、作为本发明的进一步改进，所述醛基化透明质酸由透明质酸邻二羟基经氧化工艺制得，所述透明质酸的相对分子量不低于80万。

4、作为本发明的进一步改进，所述具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶的凝胶时间为5～20s，自愈合时间为20～40min，机械强度为90～130kpa。

5、一种上述中任一项所述的具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、醛基化透明质酸的制备；将透明质酸以粉末状态溶解于pbs缓冲液中，加入高碘酸钠于室温黑暗条件下反应4～6h，再加入乙二醇搅拌10～30min结束反应，将反应液经过透析、冷冻、冷冻干燥，得到醛基化透明质酸固体；所述透明质酸的相对分子量不低于80万；

7、s2、酰肼化羧甲基-β-环糊精的制备；将羧甲基-β-环糊精溶解于超纯水中，继续加入3,3'-二硫代双(丙酰肼)使其完全溶解，调节溶液ph至4.7～4.8，再加入活化剂于室温下反应10～14h，调节溶液ph至7.0～7.2，将反应液透析48～72h后，经过冷冻、冷冻干燥得到酰肼化羧甲基-β-环糊精；

8、s3、将步骤s1制备的所述醛基化透明质酸溶于超纯水中，配制浓度为5％～12％(w/v)的溶液a，将步骤s2制备的所述酰肼化羧甲基-β-环糊精溶于超纯水中，配制浓度为8％～20％(w/v)的溶液b，将溶液a与溶液b通过双管注射器挤出共混，得到具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶。

9、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述3,3'-二硫代双(丙酰肼)的添加量为其与所述羧甲基-β-环糊精分子上羧基的摩尔比为(1～1.5):1，所述3,3'-二硫代双(丙酰肼)对羧甲基-β-环糊精中羧基的取代度为2.5～4.0。

10、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述醛基化透明质酸中醛基的氧化度为0.2～0.4；所述透明质酸与pbs缓冲液的质量体积比为1:(150～250)，所述透明质酸与所述高碘酸钠的质量比为1:(1～3)，所述乙二醇与所述pbs缓冲液的体积比为1:(150～250)。

11、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述活化剂为1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与n-羟基琥珀酰亚胺；所述1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与n-羟基琥珀酰亚胺的添加量均按照所述羧甲基-β-环糊精分子上羧基摩尔量的1.0～2.2倍加入。

12、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述羧甲基-β-环糊精与所述超纯水的质量体积比为1:(80～150)。

13、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，两次调节溶液ph采用的是浓度为1～2mol/l的盐酸溶液与浓度为1～2mol/l的氢氧化钠溶液。

14、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述3,3'-二硫代双(丙酰肼)的制备方法为：在无水乙醇中加入水合肼并搅拌，将温度稳定于30℃，再加入二硫代二丙酸二甲酯快速搅拌反应10～14h，反应结束后用无水乙醇抽滤洗涤，最后真空干燥5～10h得到3,3'-二硫代双(丙酰肼)。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明提供了一种具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶及其制备方法，将高分子量的透明质酸进行醛基化，通过氧化高分子量的透明质酸得到高氧化度的醛基化透明质酸，再将超分子多官能化的羧甲基-β-环糊精接枝多个3,3'-二硫代双(丙酰肼)制备得到酰肼化羧甲基-β-环糊精；将醛基化透明质酸溶液与酰肼化羧甲基-β-环糊精溶液采用双管注射的方式挤出共混，得到具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶。本发明采用高分子量的透明质酸提高了水凝胶的机械性能，使用分子更易运动的超分子羧甲基β-环糊精，增加了酰肼化羧甲基-β-环糊精分子上酰肼基与醛基化透明质酸分子上醛基的碰撞几率，使得水凝胶具有优异机械性能的同时能够快速凝胶和自愈合。此外，将酰肼基团接枝到超分子羧甲基-β-环糊精分子上能降低游离酰肼基团的毒性，使其具有良好的生物相容性。

17、2、本发明的具有快速凝胶能力和高自愈合效率的透明质酸基水凝胶中，高分子量的透明质酸具有高度的链缠结结构，为水凝胶提供了一定的机械性能，使其更适应于高载荷下生物组织的替代和修复；超分子的酰肼化羧甲基-β-环糊精更易运动，增加了其酰肼基与醛基化透明质酸分子上醛基的碰撞几率，使得水凝胶在室温条件下快速成型，简化了制备工艺。更为重要的是，该水凝胶在酰腙键、二硫键等动态化学键的存在下，能够快速重建，显著缩短了自愈合时间。

18、3、本发明通过简单的制备工艺成功合成了具有优异机械性能、快速凝胶和自愈合性能的透明质酸基水凝胶具有良好的生物相容性、易降解性，且其降解产物不会对人体造成伤害，市场应用前景好。