[发明专利]一种光响应可逆壳聚糖水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子材料技术领域，具体涉及一种光响应可逆壳聚糖水凝胶及其制备方法。

背景技术

壳聚糖是自然界中唯一的阳性线性多糖，其基本单位为葡萄糖胺，具有生物相容性好、无毒副作用、来源丰富等特点，己在食品工业、药物制剂、医用高分子材料的合成等领域得到广泛的开发和应用。基于不同机理(共价、离子、氢键)，壳聚糖可以形成水凝胶，这已经有不少相关报道。壳聚糖与戊二醛等可以形成化学凝胶，也可以和巯基乙酸、丙烯酸、草酸等形成物理凝胶。另外壳聚糖与金属离子或是其他生物聚合物(例如：还原胶、卡拉胶等)通过静电作用形成离子交联键而成为凝胶。然而，这些壳聚糖水凝胶的形成均需另外加入交联剂如戊二醛等，交联剂的使用存在以下缺陷：(1)由于戊二醛与壳聚糖上氨基发生交联反应极为迅速，导致戊二醛与壳聚糖水溶液很难混合均匀；(2)由于溶液黏度很大，难以在体系交联反应发生之前除去溶液中大量的气泡，导致凝胶内部存在大量的气孔，凝胶的均匀性很差，溶胀过程中极易发生破碎；(3)很多药物都带有氨基，若实施原位载药，极易与戊二醛发生反应；(4)戊二醛有毒，残留对人体有害。

为了消除使用化学交联剂而带来的诸多弊端，对于不需要化学交联剂的光交联水凝胶的研究已引起人们的极大关注。光交联作用可以使高分子之间形成共价键而获得水凝胶，这种交联作用可以快速而有效地交联聚合物分子，而且对水凝胶的形成具有时间和空间上的可控性。最近，一种紫外光引发交联的壳聚糖水凝胶引起了很多人的关注，即在壳聚糖的氨基上引入叠氮基(叠氮苯甲酸)以得到可发生光交联作用的壳聚糖衍生物，其溶液在紫外光照射下形成水凝胶，可是这种水凝胶不具有可逆性，作为生物黏附材料、组织工程及可控释放药物载体方面应用有很大的局限性。

本专利发明了一种新型的光响应可逆壳聚糖水凝胶。通过壳聚糖的氨基酰胺化反应引入光响应可逆的香豆素基团；用波长为365nm紫外光照射这种壳聚糖衍生物的水溶液，可以得到具有生物黏附性的壳聚糖水凝胶，然后再用波长254nm紫外光照射又转变为壳聚糖水溶胶。结果表明，这种光响应可逆壳聚糖水凝胶具有方便使用、顺应性良好、时空可控性强的特点。它还具有在创伤面保持一个较长时期的最佳湿润环境以及促细胞迁移的优点。这种壳聚糖水凝胶的生物相容性良好，作为组织工程粘结剂、伤口愈合敷料、药物可控释放载体材料具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含任何交联剂，具有光响应可逆的壳聚糖水凝胶及其制备方法。

本发明所提供的制备光交联壳聚糖水凝胶的方法，以壳聚糖为起始物，首先在异丙醇溶剂中进行碱化，然后与氯乙酸反应，控制反应的pH值，得到主要产物6-O取代的羧甲基壳聚糖；羧甲基壳聚糖的氨基与端羧基香豆素在一定条件下发生酰化反应，引入光响应活性的香豆素基团，得到光响应可逆的壳聚糖衍生物；然后以一定波长的紫外光照射一定浓度的光响应可逆壳聚糖衍生物的水溶液数秒，得到壳聚糖的水凝胶，改变紫外光的波长照射所得凝胶即可得到壳聚糖溶胶。

上述方法中，壳聚糖与异丙醇的配比为0.05～5g/mL，当壳聚糖的质量为20g时，50％(质量分数)的氢氧化钠溶液的用量为10～200mL，氯乙酸的用量为10～50g，反应温度为0～100℃，反应时间为1～24小时。

上述方法中，羧甲基壳聚糖与端羧基香豆素的酰化反应条件为：羧甲基壳聚糖的量为100mg时，1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)的用量为1～10mmol，N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的用量为1～10mmol，端羧基香豆素的用量为1～10mmol，反应的时间为1～100h。

上述方法中，端羧基香豆素的结构为：

上述方法中，形成光响应可逆壳聚糖凝胶所需要的光响应壳聚糖的浓度为1～80mg/mL，所需要的紫外光的功率为1～100W，波长为200～500nm，照射时间为1～1000s。