一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠及其制備方法，其為網狀結構，以1?乙基?(3?二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N?羥基琥珀酰亞胺為催化劑，采用己二酸二酰肼將人工合成聚合物與天然聚合物硫酸軟骨素化學交聯得到高分子水凝膠。本發明的優點在于合成過程簡單,反應條件溫和,適用于大規模生產。本發明采用了人工合成聚合物P(MVE?alt?MA)與天然聚合物ChS制備水凝膠，易于通過兩種成分比例調節水凝膠的力學性能，更易于滿足應用需求及產業化。而且具有pH敏感性,該水凝膠在藥物緩釋及組織工程支架等領域具有良好的應用前景。
【專利說明】
一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及高分子材料技術領域，特別涉及一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P (MVE-a I t-MA) /硫酸軟骨素(ChS) pH敏感復合水凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]水凝膠是一類通過共價鍵、范德華力或氫鍵等相互作用交聯形成的三維網狀結構，能在水中溶脹，在保持其結構的同時保留大量水分，同時在一定條件下又可以脫水退溶脹的功能高分子材料。水凝膠的交聯方式有物理交聯和化學交聯。其中化學交聯是不同聚合物鏈間以共價鍵結合產生。通常以化學交聯得到的水凝膠其機械性能優越于物理交聯水凝膠。
[0003]甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))作為一種親水性、生物相容性和粘附性，聚羧酸聚合物，已在生物技術領域有許多重要的應用，尤其藥理和保健應用，如增稠劑、懸浮劑、牙齒粘附劑和漱口水，病毒的捕獲，核酸的分離，細胞的封裝及培養;另一方面，P(MVE-alt-MA)具羧酸官能團，可以在聚合物主鏈為聚陰離子特性以及易于化學改性。
[0004]硫酸軟骨素(chondroitin sulfate，ChS)是存在于動物軟骨、肌腱、血管壁等組織的主要成分，主要由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D-氨基半乳糖以β-1，3糖苷鍵連接形成二糖，而二糖單位之間以β-1，4糖苷鍵連接。硫酸軟骨素具有良好的親水性，生物相容性和生物降解性，而且作為細胞外基質(extracellular matrix，ECM)主要的一種粘多糖，具有多種生物活性，因此被廣泛應用于生物醫學領域。此外，硫酸軟骨素在細胞粘附、迀移、增殖和分化中起著重要作用。
[0005]水凝膠作為組織工程支架材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性，又需要具有一定的力學性能。單一材料構建的組織工程支架往往無法同時滿足這些要求。利用天然可降解高分子材料，與具有一定力學強度的無毒的合成高分子材料復合，有望制備出更理想的支架材料。通過天然與合成聚合物材料間的復合，可以得到既能調節支架材料的力學強度又可保持降解行為，還能獲得良好生物活性。本發明以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)為催化劑，采用己二酸二酰肼(ADH)將人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物硫酸軟骨素(ChS)化學交聯得到高分子水凝膠。該水凝膠具有PH敏感性。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠及其制備方法，以解決現有技術中水凝膠合成步驟復雜，生物相容性、生物活性與力學性能難以同時兼具等缺陷。
[0007]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0008]—種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠，其為網狀結構，是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)為催化劑，采用己二酸二酰肼(ADH)將人工合成聚合物甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物硫酸軟骨素化學交聯得到。
[0009]一種制備上述的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一、制備改性硫酸軟骨素(AChS):向硫酸軟骨素(ChS)水溶液中加入交聯劑己二酸二酰肼(ADH)，將催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)加入上述反應溶液;將反應溶液的pH調至4?6，室溫條件下反應進行24h，所得產物透析3天?7天后，冷凍干燥；
[0011]步驟二、制備甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA)):將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于二次水中在90°C條件下攪拌2小時水解得到水溶性甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))；
[0012]步驟三、甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素水凝膠的合成:向步驟二得到的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物溶液中加入催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)然后加入步驟一制備的改性硫酸軟骨素(AChS)，在pH為4?6的條件下攪拌，進行反應，形成甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素水凝膠。
[0013]進一步的，步驟一中，所述硫酸軟骨素與己二酸二酰肼的摩爾比為1: 30?1: 5; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為0.5:1?1:1.5;催化劑總量和硫酸軟骨素的摩爾比為1:50?2。
[0014]進一步的，所述聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0015]進一步的，步驟三中，所述甲基乙烯基醚馬來酸共聚物和改性硫酸軟骨素按質量比為1:3?3:1; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為0.5:1?1: 1.5;催化劑總量和甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的摩爾比為1:50?2。
[0016]進一步的，步驟三中，反應時間為5min?12h。
[0017]有益效果:本發明具有以下優點:
[0018]1、本發明原料廉價，合成路線簡單，周期短，適用于大規模生產。
[0019]2、水凝膠作為組織工程支架材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性，又需要具有一定的力學性能。單一材料構建的組織工程支架往往無法同時滿足這些要求。本發明通過將人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物硫酸軟骨素(ChS)間不同反應比例復合，易于得到同時滿足材料需求的力學強度和良好生物活性等。
[0020]3、本發明水凝膠的機械性能亦可通過pH值調節，使其適應更廣泛的生物醫學應用如藥物控釋及組織工程支架。
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例2獲得的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠的掃描電鏡圖。
[0022]圖2是實施例2制備的基于P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠在不同PH值條件下儲能模量和損耗模量隨頻率變化的流變測試圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合【具體實施方式】對本發明作更進一步的說明。
[0024]甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)是對人體和動物無毒無害的高分子材料，具有良好親水性、化學穩定性、生物相容性、生物黏附性的多元羧酸聚合物而被廣泛應用于生物技術、藥理學及保健應用。如作為穩定劑，增塑劑，粘合劑和緩釋劑等。P(MVE-alt-MA)的微陣列結構能夠支持人多能干細胞(hPSCs) (HUES I，HUES9和iPSCs)的黏附，增殖和自我更新。在P(MVE-alt-MA)上培養的人多能干細胞hPSCs能維持其特征形貌，表達了高水平多能性標記物和保持正常的染色質組型。基于該聚合物良好的生物相容性，本發明由人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物硫酸軟骨素(ChS)化學交聯得到pH敏感復合水凝膠。可應用于藥物載體及組織工程支架等。
[0025]本發明基于甲基乙烯基醚/馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)為催化劑，采用己二酸二酰肼(ADH)將人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)與天然聚合物硫酸軟骨素(ChS)化學交聯得到高分子水凝膠。
[0026]上述基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠的制備方法，包括如下步驟:
[0027]步驟一、制備改性硫酸軟骨素(AChS):向硫酸軟骨素(ChS)水溶液中加入交聯劑己二酸二酰肼(ADH)，將催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)加入上述反應溶液。將反應溶液的pH調至4?6，室溫反應進行24h，所得產物透析3天?7天后，冷凍干燥；
[0028]其中，ChS與ADH的摩爾比為1: 30?1: 5; EDC和NHS的摩爾比為0.5:1?1:1.5;催化劑(S卩EDC和NHS的總量)和ChS的摩爾比為1:50?2。
[0029]步驟二、制備甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA):
[0030]甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90°C，條件下攪拌2小時水解得到水溶性甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)；
[0031]其中，聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?311000。
[0032]步驟三、甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)水凝膠的合成:
[0033]在EDC和NHS的作用下，甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)和改性硫酸軟骨素AChS按質量比為1:3?3:1，在pH為4?6條件下攪拌反應5min?12h，形成甲基乙烯基醚馬來酸共聚物P (MVE-al t-MA) /硫酸軟骨素(ChS)水凝膠；
[0034]其中，P(MVE-alt-MA)和AChS按質量比為1: 3?3:1;EDC和NHS的摩爾比為0.5:1?1: 1.5;催化劑(S卩EDC和NHS的總量)和P(MVE-alt-MA)的摩爾比為1:50?2。
[0035]以下實例所采用的原料來源說明:聚甲基乙烯基醚馬來酸共聚物(P(MVE-alt-MA))購自百靈威科技有限公司；硫酸軟骨素(ChS)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)，N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)，己二酸二酰肼(ADH)均購自國藥集團化學試劑有限公司。
[0036]實施例1
[0037]步驟一、改性硫酸軟骨素(AChS)的制備
[0038]0.25mmol ChS溶于30ml水中，然后加入7.5mmol ADH。將lmmol EDC和lmmol NHS分別溶于2ml水中，然后加入反應溶液中。將反應溶液的pH調至6，室溫反應進行24h。產物透析3天?7天后，冷凍干燥；
[0039]步驟二、P(MVE-alt-MA)的制備
[0040]取0.1g甲基乙烯基醚/馬來酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于10ml二次水中在90°C，2小時條件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷卻，備用。[0041 ] 步驟三、P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)水凝膠的合成
[0042]向步驟二所得0.01g/mlP(MVE_alt_MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,攪拌301^11。然后加入0.18 AChS。將反應溶液的pH調至5.6，室溫反應12h，即得P(MVE-alt-MA) /硫酸軟骨素(ChS)水凝膠。
[0043]實施例2
[0044]步驟一、改性硫酸軟骨素(AChS)的制備
[0045]0.5mmol ChS溶于30ml水中，然后加入7.5mmol ADH。將lmmol EDC和lmmol NHS分別溶于2ml水中，然后加入反應溶液中。將反應溶液的pH調至6，室溫反應進行24h。產物透析3天?7天后，冷凍干燥；
[0046]步驟二、P(MVE-alt-MA)的制備
[0047]取0.1g甲基乙烯基醚/馬來酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90°C，2小時條件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷卻，備用。
[0048]步驟三、P (MVE-a I t_MA) /硫酸軟骨素(ChS)水凝膠的合成
[0049]向步驟二所得0.01g/mlP(MVE_alt_MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,攪拌30min。然后加入0.2g AChS。將反應溶液的pH調至5.6，室溫反應8h，即得P(MVE_alt_MA)/硫酸軟骨素(ChS)水凝膠。
[0050]圖1是本實施例制備的基于P(MVE-alt-MA)/硫酸軟骨素(ChS)pH敏感復合水凝膠的掃描電鏡圖，該水凝膠內部結構為連續的網絡結構，此種結構使得水凝膠具有較大的比表面積。圖2是本實施例制備的基于P (MVE-al t-MA) /硫酸軟骨素(ChS) pH敏感復合水凝膠在不同PH值條件下儲能模量和損耗模量隨頻率變化的流變測試圖，該測試結果表明水凝膠的機械性能可隨pH值變化而不同，及其機械性能可通過pH值調節。
[0051 ] 實施例3
[0052]步驟一、改性硫酸軟骨素(AChS)的制備
[0053]lmmol ChS溶于30ml水中，然后加入7.5mmol ADH0將ImmoI EDC和lmmol NHS分別溶于2ml水中，然后加入反應溶液中。將反應溶液的pH調至6，室溫反應進行24h。產物透析3天?7天后，冷凍干燥；
[0054]步驟二、P(MVE-alt-MA)的制備
[0055]取0.lg甲基乙烯基醚/馬來酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90°C，2小時條件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/馬來酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷卻，備用。
[0056]步驟三、P (MVE-a I t_MA) /硫酸軟骨素(ChS)水凝膠的合成
[0057]向步驟二所得0.01g/mlP(MVE_alt_MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,攪拌30min。然后加入0.3g AChS。將反應溶液的pH調至5.6，室溫反應5h，即得P(MVE_alt_MA)/硫酸軟骨素(ChS)水凝膠。
[0058]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠，其特征在于:其為網狀結構，是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺為催化劑，采用己二酸二酰肼將人工合成聚合物甲基乙烯基醚馬來酸共聚物與天然聚合物硫酸軟骨素化學交聯得到。2.—種制備權利要求1所述的基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一、制備改性硫酸軟骨素:向硫酸軟骨素水溶液中加入交聯劑己二酸二酰肼，將催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺加入上述反應溶液;將反應溶液的pH調至4?6，室溫條件下反應進行24h，所得產物透析3天?7天后，冷凍干燥； 步驟二、制備甲基乙烯基醚馬來酸共聚物:將甲基乙烯基醚馬來酸酐共聚物于二次水中在90 0C條件下攪拌2小時水解得到水溶性甲基乙烯基醚馬來酸共聚物； 步驟三、甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素水凝膠的合成:向步驟二得到的甲基乙烯基醚馬來酸共聚物溶液中加入催化劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺，攪拌;然后加入步驟一制備的改性硫酸軟骨素，在pH為4?6的條件下攪拌，進行反應，形成甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素水凝膠。3.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，其特征在于:步驟一中，所述硫酸軟骨素與己二酸二酰肼的摩爾比為1:30?1:5; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為0.5:1?1: 1.5;催化劑總量和硫酸軟骨素的摩爾比為1:50?2。4.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，其特征在于:所述聚甲基乙烯基醚共聚馬來酸的數均分子量為80000?.311000ο5.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，所述甲基乙烯基醚馬來酸共聚物和改性硫酸軟骨素按質量比為1:3?3:1; 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為0.5:1?1:1.5;催化劑總量和甲基乙烯基醚馬來酸共聚物的摩爾比為1:50?.2。6.根據權利要求2所述的制備基于甲基乙烯基醚馬來酸共聚物/硫酸軟骨素pH敏感復合水凝膠的方法，其特征在于:步驟三中，反應時間為5min?12h。
【文檔編號】A61L27/16GK105854075SQ201610184812
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】張天柱, 馬曉娥, 周乃珍
【申請人】東南大學