一种自愈性多糖水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水凝胶的制备领域，特别涉及一种自愈性多糖水凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是一种具有一定交联度的三维网状高分子聚合物，在水中可以吸水溶胀但 不溶于水。水凝胶由于自身优良的性能而广泛用于药物载体，组织工程和软物质等生物医 学领域。其中多糖类水凝胶以可再生的多糖类物质为原料，由于其良好的生物相容性和易 降解性能而广受关注。自愈性水凝胶在材料受到损伤时，显示出优异的自我修复性能，延长 了凝胶材料的寿命，也增加了材料使用的安全性。近年来，制备自愈性水凝胶主要利用动态 共价键和非共价键。常见的动态共价键如二硫键、芳香基硼酸酯、酰腙键、DA反应等制备自 愈性凝胶的方法主要依靠复杂的制备工艺，一些还需要外加条件的刺激(如PH，光照，温度 或氧化还原性物质)来引发自愈合过程，这在一定条件上限制了其应用。
[0003] 利用亚胺键(席夫碱)制备自愈性多糖水凝胶，近年来受到研究者们的广泛关注， 主要是利用氨基和醛基在室温下无须外界刺激便可快速形成含有动态化学键亚胺键的水 凝胶。然而，大部分研究报道选择高碘酸钠作为氧化剂将聚合物上相邻的羟基转化为一对 醛基官能团，由于高碘酸钠的强氧化性，反应过程中会造成聚合物的大量降解，同时氧化速 率过快从而导致产物氧化程度不够均匀，反应的可控性较差。烯胺键属于亚胺和酰腙动态 共价键的一种，可以通过氨基与乙酰乙酸基团反应而制备，在适当的条件下，烯胺键在不同 动态过程中的断裂和重组的也具备可逆性，可实现自我修复的功能。同时，乙酰乙酸基团可 通过酯交换反应接入到纤维素分子链中，壳聚糖分子中含有大量的氨基。因此，乙酰乙酸纤 维素与壳聚糖可通过动态共价烯胺键交联制备自愈性多糖水凝胶。纤维素和壳聚糖作为自 然界中两种天然聚合物，具备原料丰富、价格便宜、易生物降解的天然优势，在环境问题日 益受到重视的当下，已逐渐突显出其重要性
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种自愈性多糖水凝胶的制备方法，本发明采 用绿色环保，资源丰富、价格便宜的纤维素与壳聚糖为原料，制备含动态共价烯胺键的多糖 水凝胶，该水凝胶不仅具备自愈性能，在酸性条件下还具备pH响应性;本发明提出的制备方 法，工艺简单、原料丰富，适合大多数多糖衍生物的改性，同时由于纤维素和壳聚糖良好的 生物相容性，所制备的多糖水凝胶在组织工程修复、药物控释释放和生物仿生等领域中具 备良好的应用前景。
[0005] 本发明的一种自愈性多糖水凝胶的制备方法，包括：
[0006] (1)将纤维素加入到离子液体中，溶解，然后冷却至室温，得到纤维素溶液；
[0007] (2)将上述纤维素溶液加热，通氮气保护条件下，滴加入乙酰乙酸叔丁酯，然后恒 温反应，冷却至室温，提纯，真空干燥，得到乙酰乙酸纤维素;其中乙酰乙酸叔丁酯与纤维素 的摩尔比为6:1-10:1;
[0008] (3)室温条件下，将壳聚糖溶液加入到乙酰乙酸纤维素溶液中，振荡混合，即得自 愈性多糖水凝胶。
[0009] 所述步骤（1)中纤维素为:木浆纤维素、竹纤维素、棉花纤维素、微晶纤维素、羟丙 基纤维素、羧甲基纤维素、淀粉、海藻酸钠、瓜尔胶、葡聚糖、琼脂、果胶质、透明质酸、环糊 精、可得兰、罗望子胶、魔芋胶中的一种。
[0010] 所述步骤（1)中离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、 1-乙基-3-甲基咪唑氯盐其中的一种或几种。
[0011] 所述步骤(1)中溶解为95°c溶解l_4h。
[0012] 所述步骤(2)中恒温反应为：110°C，反应2_6h。
[0013] 所述步骤(2)中提纯具体为:加入到大量甲醇溶剂中沉淀析出白色或淡黄色沉淀， 产物在索式提取器中用甲醇溶剂充分洗涤12_24h，抽滤;真空干燥为:60-80°C条件下，干燥 时间为24h。
[0014] 所述步骤(2)中乙酰乙酸纤维素的取代度为0.59-1.10。
[0015] 所述步骤(3)中壳聚糖为非水溶性的壳聚糖或水溶性的壳聚糖衍生物，羧甲基壳 聚糖、羟乙基壳聚糖、羟丙基壳聚糖、甲基壳聚糖、乙基壳聚糖、羧甲基羟丙基壳聚糖、壳聚 糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、壳聚糖乳酸盐、壳聚糖谷氨酸盐、壳聚糖硫酸酯、N-琥珀酰壳聚糖 中的一种。所述步骤(3)中乙酰乙酸纤维素溶液的浓度为0.2_4wt %，乙酰乙酸纤维素溶液 的溶剂为去离子水;壳聚糖溶液的浓度为〇. 2_4wt%，壳聚糖溶液的溶剂为醋酸溶液或去离 子水。
[0016] 所述步骤(3)中振荡混合:在漩涡振荡器上振荡混合均匀。
[0017]步骤⑶中凝胶时间为振荡混合0~360s后。
[0018] 本发明是一种基于动态共价烯胺键制备自愈性多糖水凝胶的方法，本发明纤维素 在离子液体中与乙酸乙酰叔丁酯发生酯交换反应制备乙酰乙酸纤维素;然后将所得的乙酰 乙酸纤维素溶液与壳聚糖溶液在室温下反应制备含动态共价烯胺键的多糖水凝胶。多糖水 凝胶在具备自愈性的同时，还具备pH响应性。
[0019] 制备自愈性多糖水凝胶的反应方程式：
[0020]
[0021] 有益效果
[0022] 本发明提出的自愈性多糖凝胶制备方法中，纤维素在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐 离子液体中的溶解及其与乙酰乙酸叔丁酯的反应工艺简单，可操作性强，且离子液体易回 收循环利用，同时纤维素与乙酰乙酸叔丁酯可直接在离子液体中发生酯交换反应制备水溶 性的纤维素衍生物乙酰乙酸纤维素，产物乙酰乙酸纤维素的水溶性可通过调控纤维素与乙 酰乙酸叔丁酯的摩尔比率来调节；
[0023]本发明提出的自愈性多糖凝胶制备方法中，乙酰乙酸纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶 液可在室温下均匀混合，不需要额外添加任何试剂便可形成水凝胶，且该凝胶在室温下放 置lh以上便可实现自动修复，多糖水凝胶还具备pH响应性，可实现凝胶-溶胶的转变，同时 制备的多糖水凝胶在PBS(pH=7.4)溶液中仍可保持凝胶状的稳定性，其在组织工程修复和 生物药物释放领域具备潜在应用价值；
[0024]本发明提出的自愈性多糖凝胶制备方法中，原料纤维素和壳聚糖作为自然界中两 种天然聚合物，原料丰富、价格便宜、易生物降解，同时，本发明提供的基于烯胺键制备自愈 性多糖水凝胶方法，适合大多数多糖类物质及其衍生物与壳聚糖的衍生物进行相似的改 性，提供了一种制备多糖水凝胶的新方法。在环境问题日益受到重视的情况下，该发明符合 生态环保的要求。
【附图说明】
[0025]图1为乙酰乙酸纤维素溶液与壳聚糖溶液反应制备多糖水凝胶的照片；其中图la 为乙酰乙酸纤维素的水溶液，图lb为将壳聚糖溶液加入乙酰乙酸纤维素水溶液中混合均匀 后制备的水凝胶，图1C为紧贴着凝胶的瓶壁放一张写有字母的白纸，观察水凝胶的透明度；
[0026]图2为实施例2制备的多糖水凝胶的自愈合过程照片;其中水凝胶切开为4小块，两 小块用罗丹明B染色（图2a)，放在一起（图2b)，25°C静置40min后，染色的凝胶和未染色凝胶 相连的边界变得模糊(图2c)，同时四块凝胶连接为一个整体(图2d);
[0027] 图3为实施例2制备的多糖水凝胶的pH响应性照片；图3a为用乙酰乙酸纤维素与壳 聚糖制备的水凝胶，图3b为向凝胶中加入盐酸溶液后转变为溶胶，图3c为向溶胶中加入相 同量的氢氧化钠溶液后，溶胶又转变为凝胶，图3d为再向凝胶中加入盐酸溶液后，凝胶又转 化为凝胶，图3e为经过5次循环后