[发明专利]胶原蛋白/树枝化聚合物复合凝胶、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种胶原蛋白/树枝化聚合物复合凝胶、其制备方法和应用。本发明以天然胶原蛋白和具有优异温度敏感行为的树形烷氧醚基元作为原材料，利用胶原蛋白与戊二醛发生席夫碱动态共价键反应和树形烷氧醚单体自由基聚合反应，在冷冻的条件下交联形成双网络水凝胶。该凝胶具有优异的力学性能、多孔结构以及温度响应智能特征。通过两网络组份的比例能够实现凝胶力学性能、孔径大小以及温敏体积收缩性能的调控。该类凝胶结合了胶原蛋白本身的生物功能以及树形烷氧醚的温敏行为特征，在药物载体、细胞培养基质和组织工程领域十分具有应用前景。

技术领域

本发明属于生物材料制造领域，涉及一种胶原蛋白/树枝化聚合物复合凝胶及其制备方法和应用。它是利用温敏的树形烷氧醚基元与胶原蛋白结合，制备一种具有良好温度响应性和生物相容性的复合凝胶，属于高分子水凝胶材料领域，也属于组织工程材料领域。

背景技术

胶原蛋白是脊椎动物的主要结构蛋白，约占动物总蛋白的30％，它们广泛的分布于皮肤、骨骼、肌腱、血管系统和肌内结缔组织，有助于这些组织和器官的稳定性和完整性。所有的胶原蛋白都是由特定氨基酸组成的细胞外基质结构蛋白，由甘氨酸和其他氨基酸重复的三元组件Gly-X-Y构成，其中X一般是脯氨酸，Y通常是羟脯氨酸。典型胶原蛋白的结构如图1所示。由于胶原蛋白具有良好的生物相容性和生物可降解性，使得其在食品、医药、化妆品等行业有比较好的应用前景。天然的胶原蛋白凝胶通常表现出较差的热稳定性和力学性能，为了提高胶原蛋白材料的稳定性，通常使用交联剂对材料进行交联。常用的有物理交联方法有紫外线照射、重度脱水等方法(T.Takitoh,M.Bessho,M.Hirose,etal.JournalofBioscience and Bioengineering 2015,119,217-225；W.Wang,Y.Zhang,R.Ye,et al.Int JBiol Macromol2015,81,920-5)。鉴于物理交联方法的交联度低，通常采用化学交联的方法来提高胶原蛋白材料的稳定性，常用的化学交联剂有戊二醛、碳化二亚胺和京尼平。单一胶原蛋白材料的功能现在远不能满足现在社会发展的需求，所以具有智能特征以及优异机械性能的胶原蛋白材料具有巨大的应用前景。其中将胶原蛋白与天然或合成的高分子材料进行复合，在保留了天然胶原蛋白优异的生物相容性和免疫原性的同时，赋予蛋白凝胶材料更多的智能行为以及更优异的机械强度，从而进一步拓展了其在生物材料和组织工程中的应用(C.Dong andY.Lv.Polymers(Basel)2016,8；A.M.Ferreira,P.Gentile,V.Chiono,et al.Acta Biomater 2012,8,3191-200)。这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种胶原蛋白/树枝化聚合物复合凝胶、其制备方法和应用，通过在胶原蛋白交联网络中引入由温敏树形烷氧醚聚合物形成的第二个交联网络，制备一类新型的温度响应型复合凝胶。本发明目的之一在于提供一种具有多孔结构、力学性能可调控、具有温度响应特性、良好的生物相容性的复合凝胶材料，能够赋予胶原蛋白材料智能响应特征，并且提高其热稳定性和力学性能。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

本发明采用如下反应机理；

本发明方法是在冷冻条件下，分别利用氨基与醛基席夫碱动态共价键联和氧化还原自由基聚合反应，形成交联网络，得到多孔的复合凝胶。本发明胶原蛋白/树枝化聚合物复合凝胶，是由双网络构筑。其中第一个网络是采用胶原蛋白的氨基与戊二醛的醛基形成席夫碱动态共价键交联，另一个网络是以树形烷氧醚为单体，以过硫酸铵为氧化剂、N,N-四甲基乙二胺为催化剂、聚乙二醇(二醇)二烯酸酯为交联剂，通过自由基聚合交联而形成。将所有反应原料共混入水中，在冷冻条件下经交联反应制备具得到多孔结构的温度响应型复合凝胶。本反应机理仅以-20℃的交联反应条件说明本发明技术路线，根据本发明的需要采用所需的交联反应温度同样能实现本发明，反应的原料种类并不仅限于上述反应机理中的原料组分。