[发明专利]一种高强度可降解水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强度可降解水凝胶及其制备方法，利用甲基丙烯酰化明胶交联聚N‑丙烯酰甘氨酸，综合了甲基丙烯酰化明胶的可降解性和聚N‑丙烯酰甘氨酸水凝胶的高强度，该凝胶同时具有高强特性和可降解性。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，更加具体地说，涉及一种高强度可降解水凝胶的制备，具体为一种N-丙烯酰甘氨酸-甲基丙烯酰化明胶(P(ACG/GelMA))水凝胶的制备，该水凝胶利用甲基丙烯酰化明胶交联聚N-丙烯酰甘氨酸，综合了甲基丙烯酰化明胶的可降解性和聚N-丙烯酰甘氨酸水凝胶的高强度，该凝胶同时具有高强特性和可降解性。

背景技术

在过去的十年间，得益于如双网络水凝胶、纳米复合水凝胶、超分子水凝胶等高强水凝胶体系的快速发展，水凝胶已不仅仅限于是一种“软而湿”的材料。同时，由于高强水凝胶仍然保有水凝胶含水量高的特性，也就是说高强度水凝胶与传统水凝胶相同可在药物和细胞传递时提供有益的富水环境，这使高强度水凝胶在组织工程方面的应用仍然保有一定的优势。(Gkioni,K.；Leeuwenburgh,S.C.G.；Douglas,T.E.L.；Mikos,A.G.；Jansen,J.A.Mineralization of hydrogels for bone regeneration.Tissue Eng.,Part B,2010,16,577-585.)不仅如此，由于对高强水凝胶研究的不断深入，水凝胶在硬组织修复方面的应用已经实现。(Xu,B.；Zheng,P.；Gao,F.；Wang,W.；Zhang,H.；Zhang,X.；Feng,X.；Liu.W.A mineralized high strength and tough hydrogel for skull boneregeneration.Adv.Funct.Mater.,2017,27,1604327.)然而，高强水凝胶一般被应用于支撑材料，其不可降解性极大地限制了其细胞或药物传递的有效性。因此，不可降解性在某种程度上限制了高强水凝胶在组织工程方面的应用。

不久前，我们通过合成并聚合一种侧链上有一个氨基和一个羧基的单体N-丙烯酰甘氨酸(ACG)，制备了聚N-丙烯酰甘氨酸(PACG)超分子水凝胶。(Gao,F.；Zhang,Y.；Li,Y.；Xu,B.；Cao,Z.；Liu,W.Sea cucumber-inspired autolytic hydrogels exhibitingtunable high mechanical performances,repairability,and reusability.ACSAppl.Mater.Interfaces,2016,8,8956-8966.)由于在不同pH值下PACG水凝胶中存在羧基氢键动态的形成与破坏过程，PACG水凝胶在酸性条件下可形成稳定且高强的水凝胶网络，在中性或碱性条件下可缓慢解离。然而，由于其降解性和高强性无法在同一条件下实现，因此严格来说，PACG水凝胶并不是真正意义上的高强可降解水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高强度可降解水凝胶及其制备方法，以N-丙烯酰甘氨酸为主体的高强可降解水凝胶，具体为N-丙烯酰甘氨酸-甲基丙烯酰化明胶(P(ACG/GelMA))水凝胶，该材料同时拥有高强特性和可降解性，即利用甲基丙烯酰化明胶(GelMA)交联N-丙烯酰甘氨酸(ACG)可形成高强且可降解的水凝胶。单纯ACG聚合物容易在水中和/或碱性条件进行解离或者降解，但在本发明中两者共聚之后的水凝胶在碱性条件下(接近人体体内环境的pH值条件下，如7—8)稳定存在并保持水凝胶形状，表现出达到MPa的拉伸和压缩强度，且表现出持续缓慢降解。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种高强度可降解水凝胶及其制备方法，将单体N-丙烯酰甘氨酸、甲基丙烯酰化明胶以及引发剂均匀分散在水中，而后在无氧条件下通过引发剂的作用引发N-丙烯酰甘氨酸和甲基丙烯酰化明胶上的碳碳不饱和键进行自由基聚合反应，以实现单体N-丙烯酰甘氨酸和甲基丙烯酰化明胶的共聚，形成具有高强特性和可降解性的水凝胶。