[发明专利]基于竞争反应实现溶胶-凝胶-溶胶自主转变的方法

说明书

本发明涉及基于竞争反应实现溶胶‑凝胶‑溶胶自主转变的方法，该方法基于竞争反应体系进行，所述的竞争反应体系中同时包括生物酶和生物相容性材料，生物相容性材料相互间形成超分子相互作用形成凝胶，酶促反应促使凝胶瓦解，在同一体系中形成凝胶与凝胶瓦解相互竞争，实现体系从溶胶到凝胶再到溶胶的连续性自主转变。本发明的转变方法无需外部刺激，在竞争反应体系内部设置了自主进行溶胶‑凝胶‑溶胶转变的开关，赋予了软物质材料以自主性或自适应性，广泛应用于生物医药领域，并且成本低，无毒无害。

技术领域

本发明涉及基于竞争反应实现溶胶-凝胶-溶胶自主转变的方法，属于医药用高分子材料领域。

背景技术

水凝胶作为一种用作组织工程中的支架材料受到了广泛的研究。由于水凝胶的三维网络中充斥着大量的水分，使材料整体具有流体的性质，这与充盈有大量水分的机体组织极其相似，利于营养物质的传输和细胞代谢产物的排出，使得水凝胶具有良好的生物相容性。其中可注射水凝胶在凝胶前处于流动的溶液状态，可以很容易地充满整个不规则的缺损部位，手术创伤非常微小且易于操作，最适合用于构建力学强度较低的软组织器官。

超分子水凝胶主要是指聚合物或小分子通过物理作用相互作用而结合在一起而形成的凝胶，与化学交联不同的是，物理作用的可逆性使得凝胶-溶胶之间的转变是易于实现的，这种凝胶-溶胶之间的转变可以拓展水凝胶在形状记忆、药物递送等领域的应用，但在最初的研究中通常采用外部环境的改变(例如：温度和酸碱度的改变)来实现凝胶-溶胶之间转变。但这些转变的方式是较为被动的，总是依赖于外部刺激来诱导体系发生变化，没有自主调节的能力。在生命体内实现组装态与非组装态间的可逆性切换则更加的智能，例如细胞骨架是一种高度动态的结构体系，通过耗散-自组装过程形成，连续的能量输入保证组装结构的暂时性存在，但当能量移除时，则会回到非组装态。研究者受到受自然界能量耗散自组装系统的启发，在2010年Jan H.van Esch首次提出瞬态水凝胶的概念，在该体系中研究者选择非生物活性的化学试剂实现了体系从溶胶到凝胶再到溶胶的转变，为了更进一步模拟生命系统，研究者将生物催化反应网络引入水凝胶体系中，主要是各类酶促反应的引入，包括糜蛋白酶、酯酶以及脲酶等，但在目前报道的研究工作中，但这些酶的价格往往较为昂贵，会导致成本过高，或者体系设计的设计中引入尿素这种对生命体不友好的物质，并不能真正适用于组织工程、生物医药领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于竞争性反应实现溶胶-凝胶-溶胶自主转变的方法，该方法利用竞争性反应实现了从溶胶到凝胶再到溶胶的自主转变，且所选用的原材料均为生物相容的，对生命体友好的，更为重要的是选用的原材料物美价廉，较为适合应用于生产生活。

术语解释：

Pluronic：聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物

室温：25±2℃

本发明是通过如下技术方案实现的：

基于竞争反应实现溶胶-凝胶-溶胶自主转变的方法，该方法基于竞争反应体系进行，所述的竞争反应体系中同时包括生物酶和生物相容性材料，生物相容性材料相互间形成超分子相互作用形成凝胶，酶促反应促使凝胶瓦解，在同一体系中形成凝胶与凝胶瓦解相互竞争，实现体系从溶胶到凝胶再到溶胶的连续性自主转变。

根据本发明优选的，所述生物酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶或γ-淀粉酶中的一种。

根据本发明优选的，生物相容性材料为相互间形成超分子相互作用的聚合物和环形低聚糖。

进一步优选的，聚合物为聚乙二醇或含有聚乙二醇链段的Pluronic。

进一步优选的，聚乙二醇为聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000或聚乙二醇20000。

进一步优选的，含有聚乙二醇链段的Pluronic为F-127、F-68、P-123或P-105。