[发明专利]一种生物大分子互穿网络水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是由两种不同的酶催化生物大分子交联形成的互穿网络水凝胶及其制备方法，属于生物医用高分子材料领域。

背景技术

水凝胶是一种能够在水中溶胀、保持大量水分而又不溶解于水的三维网状聚合物，在与血液、体液及人体组织相接触时表现出良好的生物相容性。水凝胶比其它任何合成生物材料都接近活体组织，在性质上类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，显著改善材料的生物学性能。故水凝胶在组织工程和再生医学方面具有极大的应用潜力。

互穿网络(IPN)水凝胶是由两种或两种以上聚合物通过网络互穿而形成的具有独特性能的聚合物。在互穿网络水凝胶中，两个组分网络之间没有化学键合相，各个聚合物都保持各自的特性；同时，两种网络互穿相互影响，有协同增强力学性能的作用。因此制备互穿网络水凝胶是一种提高水凝胶强度的有效方法。国内外对IPN生物医用材料的研究已有多年探索，通常采用化学交联方法得到IPN水凝胶。由于化学交联剂或引发剂对细胞有毒，制备的IPN水凝胶用于人体有潜在的毒性，限制了互穿网络水凝胶在生物医用方面的应用。

互穿网络水凝胶还可以采用物理交联方式，如疏水作用、氢键作用、离子交联等，虽不引入新的化学物质但难以获得均匀一致的、理想的交联度，或者交联点可能在生理体液中易于解体。

谷氨酰胺转氨酶(mTG)能催化蛋白或多肽或含有氨基酸残基的分子上的谷氨酰胺残基与和赖氨酸残基侧链上的ε-胺基反应，相互间交联形成大分子水凝胶网络。辣根过氧化物酶(HRP)是以铁卟啉为辅基的酶，在有H₂O₂存在时能催化酚类、胺类及其取代物聚合，多糖大分子链上存在着大量的氨基或羧基，可通过碳二亚胺介导的偶联反应引入酚羟基的结构，引入酚羟基的多糖大分子通过辣根过氧化物酶催化酚羟基氧化交联形成大分子水凝胶。

单个酶催化交联制备的水凝胶已有报道，但是水凝胶强度通常比较低，用作生物医用材料有一定难度。

因此，有必要开发强度高、生物相容性好的互穿网络水凝胶材料。

发明内容

技术问题：为了克服水凝胶力学强度差以及常用化学交联剂或引发剂残留于体系中引起的细胞毒性、生物相容性降低的缺点，本发明提供了一种生物大分子互穿网络水凝胶及其应用，该互穿网络水凝胶具有优异的力学性能，良好的生物相容性，克服了化学交联剂带来的毒性缺点，又可解决物理交联效果不佳的问题。

技术方案：一种生物大分子互穿网络水凝胶，包括：

1)键合引入酚羟基的多糖大分子通过酚羟基在氧化酶催化作用下氧化交联形成的多糖大分子网络；

2)蛋白质或含有氨基酸残基的多肽通过转移酶催化形成肽键交联的蛋白质或多肽网络；

上述两个网络之间互相贯穿，没有化学键结合，其中蛋白或多肽网络的含量为水凝胶干重总质量的0.5％-99.5％，多糖大分子网络的含量为水凝胶干重总质量的0.5％-99.5％。

所述多糖大分子是透明质酸、葡聚糖、壳聚糖、硫酸软骨素、肝素、阿拉伯胶、琼脂多糖、多聚果糖、甘露聚糖、半乳聚糖、结冷胶、瓜尔胶、海藻酸、硫酸乙酰肝素、淀粉及其衍生物中的任意一种或多种。

所述键合引入酚羟基具体是指多糖大分子通过酯键或酰胺键结合酪胺、酪氨酸、多巴胺、高香草酸、没食子酸、对羟基苯乙酸、对羟基苯丙酸中的任一种得到。

所述蛋白质是明胶、胶原、丝素蛋白、玉米蛋白、纤维蛋白、弹性蛋白、粘蛋白、糖蛋白中的一种或多种。

所述氨基酸残基是赖氨酸或谷氨酰胺残基。

所述氧化酶是过氧化物酶、辣根过氧化物酶、酪氨酸酶、漆酶、嗜热菌蛋白酶、磷酸酯酶中的任一种。

所述转移酶是谷氨酰胺转氨酶、凝血酶中任一种。

所述的水凝胶中还含有添加剂，该添加剂是细胞生长因子、骨形成蛋白、维生素、胰岛素、甾体激素、地塞米松、药物或无机盐中的一种或多种的混合物，添加剂的含量为水凝胶总质量的0.01％-3％。

一种制备所述的生物大分子互穿网络水凝胶的方法，步骤为：

1)制备含有酚羟基的多糖大分子；具体制法见实施例1～4；

2)以含有酚羟基的多糖大分子和蛋白质或含有氨基酸残基的多肽为反应原料在氧化酶、转移酶和过氧化氢的催化下制备生物大分子互穿网络水凝胶。其中，键合引入酚羟基的多糖大分子通过酚羟基在氧化酶催化作用下氧化交联形成多糖大分子网络；蛋白质或含有氨基酸残基的多肽通过转移酶催化形成肽键交联的蛋白质或多肽网络。

有益效果：