[发明专利]可降解、生物相容、高强度甲壳素水凝胶的制备及应用

说明书

本发明公开了可降解、生物相容、高强度甲壳素水凝胶的制备及应用。制备方法如下：在‑10～10℃下将交联剂逐滴加入浓度为5～7％甲壳素溶液中并搅拌1～2h后用流延法制得凝胶后放入温度为‑10～10℃、浓度为80～100％凝固浴中物理交联6～8h，最后水洗得到甲壳素水凝胶。本发明所制备的水凝胶可降解，具有良好的生物相容性，且具有较高的力学强度。本发明所制备的水凝胶在骨损伤修复、预防腹腔粘连、药物传递等生物医学应用方面潜力巨大。

技术领域

本发明设计一种甲壳素水凝胶的制备方法和应用，属于高分子功能材料领域。

背景技术

甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的天然多糖，广泛存在于各种海洋生物之中。将含量丰富的海洋废弃物转化成各种优良性能的材料意义重大。碱/尿素体系是一种绿色的溶解体系，它将难以溶解的甲壳素转化为均相的甲壳素水溶液，进而可以制备一系列不同形态不同性能的材料。甲壳素具有亲水性，生物降解性及良好的生物相容性，是制备生物医学应用水凝胶的理想材料.甲壳素水凝胶是含有大量水的三维交联网络结构，广泛应用于靶向载药、组织工程、伤口敷料等方面，较差的力学性能是制约其在生物医用方面发展的瓶颈。通过物理和(或)化学交联提升甲壳素水凝胶的强度和韧性同时保持其优良的生物性能是研究的热点。

研究人员使用了尝试了许多交联剂和交联方式，例如糠醇缩水甘油醚(Carbohydrate Polymers 2019 15；212:368-377)，环氧氯丙烷(J.Mater.Chem.,2011,21,3865)等等。然而，大多数甲壳素水凝胶的拉伸强度仅有几十至一百KPa，断裂伸长率提升幅度较小，无法满足生物医学应用的要求。此外，过多的使用环氧氯丙烷，戊二醛等毒性交联剂即使可以提升水凝胶的力学性能，但同时也降低水凝胶的生物相容性，限制了其在生物医学中的应用。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种可降解的、力学性能优良、生物相容性和生物降解性好的甲壳素水凝胶满足生物医学应用的要求。在综合分析甲壳素分子结构的基础上，开创性地使用了硅烷偶联剂作为化学交联剂以及乙醇水溶液作为凝固浴，在硅烷偶联剂自身水解聚合的同时，硅烷偶联剂的活性基团进攻甲壳素的羟基形成甲壳素分子链之间的化学交联网络，并在凝固浴下缓慢进行物理交联得到结构致密的三维网状的水凝胶。本发明联合使用化学交联及物理交联方法，合理控制工艺参数(包括交联剂的选择、交联剂的添加方式、物理交联时间、温度控制等)，在保持甲壳素水凝胶良好的生物相容性以及生物降解性的同时，极大的提升了水凝胶力学性能，扩展了甲壳素水凝胶的生物医用功能。

本发明提供的技术方案如下：

可降解、生物相容、高强度甲壳素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以步骤：

(1)将甲壳素粉末溶解于碱/尿素体系，制备均一透亮的甲壳素溶液；

(2)在低于甲壳素凝胶的温度下，将交联剂逐滴滴加到甲壳素溶液中，搅拌形成均一溶液；

(3)将步骤(2)的反应溶液离心脱泡，用流延法制备出化学交联的甲壳素凝胶；

(4)将化学交联的甲壳素凝胶置于凝固浴中进行物理交联；

(5)经水洗、干燥，即得。

进一步，所述步骤(1)中碱/尿素体系质量百分比组成如下：16～20％氢氧化钾、4～8％尿素及余量水。

进一步，所述步骤(1)中甲壳素溶液的浓度为5～7wt％。

进一步，所述步骤(2)中，所述低于甲壳素凝胶的温度为-10～10℃。

进一步，所述步骤(2)中，所述交联剂为硅烷偶联剂，选自KH550、KH560、KH570中的一种或几种。

进一步，所述步骤(2)中交联剂与甲壳素溶液的质量比为1～7:100。