[发明专利]一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶，并公开了上述甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶的制备方法，制备方法为：将甲基丙烯酸酯明胶水溶液和加入光引发剂的醋酸溶液混合搅拌，将光引发剂加入壳聚糖水溶液中混合搅拌；在37℃下将以上两种溶液混合搅拌5‑10min后，置于紫外线下照射交联；然后再浸泡在氢氧化钠溶液中，后处理即得甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖高强度互穿网络水凝胶。本发明制备方法简单、成本低廉，原料明胶和壳聚糖均是天然生物材料，所制备的互穿网络水凝胶无毒、无味、可生物降解，具有良好的生物相容性和机械性能，杨氏模量值可达27.1kPa，压缩模量可达到116kPa。

技术领域

本发明涉及高分子水凝胶制备技术领域，尤其涉及一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶、制备方法及应用。

背景技术

水凝胶作为组织工程支架具有良好的性能，但其应用常受限于机械性能不足；明胶是细胞外基质的主要成分，由于其良好的生物相容性和无抗原性而被广泛用于组织工程，然而，较低的机械强度和过快的降解速度限制了其应用；壳聚糖由甲壳素脱乙酰化制得，多是N-乙酰化葡糖胺和N-葡糖胺的共聚物，在组成和结构上与细胞外基质具有一定相似性，且生物相容性好，具有良好的抗菌和止血特性，是组织工程的理想支架材料，且可以通过与其它自然界聚合物或陶瓷混合改性增强其机械性能。

壳聚糖/明胶复合支架已用于组织工程的许多领域，如皮肤，软骨，神经等。为提高壳聚糖/明胶支架的机械强度，多采用化学交联剂交联法，目前常用的化学交联剂包括碳二亚胺、戊二醛等，但支架内未反应的交联剂和交联反应生成的有毒副产物使其不适合在体外或体内使用，因此，不使用交联剂而达到增强支架机械强度的方法越来越受到关注，如溶剂交换、紫外线照射、pH变化和温度调节等。

互穿网络(IPN)水凝胶是由两种或两种以上聚合物通过网络互穿而形成的聚合物，其中两个组分网络之间没有化学键相结合，均保持各自的特性；同时，两种互穿网络相互影响，能够协同增强其力学性能，因此，互穿网络水凝胶能有效增强水凝胶机械性能。

发明内容

本发明提供了一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶，该水凝胶生物相容性好、无毒、易降解、机械性能优，可用于细胞、组织培养，作为组织修复材料或组织工程支架应用于组织工程领域。

本发明还提供了甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)45～50℃水浴环境下，明胶溶液和碳酸钠-碳酸氢钠溶液混合均匀，搅拌加入甲基丙烯酸酐，常温下避光反应3～5h后，30～40℃去离子水中恒温透析7～9天、滤膜过滤、冷冻干燥后得甲基丙烯酸酯明胶粉末；

(2)将光引发剂加入到酸溶液中，混合搅拌，得到基液；

(3)将甲基丙烯酸酯明胶、壳聚糖分别加到步骤(2)得到的基液中，搅拌均匀，分别得到甲基丙烯酸酯明胶混合溶液和壳聚糖混合溶液；

(4)将壳聚糖混合溶液置于模具中，加入甲基丙烯酸酯明胶混合溶液，混合均匀后在37～50℃水浴条件下搅拌5～10min，紫外线照射交联，可得甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖半互穿网络水凝胶；

(5)将上述甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖半互穿网络水凝胶从模具中取出，浸泡在碱溶液中，得到膜状或块状互穿网络水凝胶，室温下在磷酸盐缓冲液(PH＝7.0～7.5)中反复冲洗、去除残留的氢氧根或碳酸根离子后，将其保存在去离子水中，即可得甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶。

以上步骤中涉及的溶液，其溶剂均为水。

本发明提供的互穿网络水凝胶的主要制备原理为甲基丙烯酸酯明胶和壳聚糖混合溶液中加有光引发剂，紫外线照射使得甲基丙烯酸酯明胶通过共价键交联形成第一层网络，碱溶液浸泡使得壳聚糖通过氢键交联形成第二层网络，两层网络彼此交错，形成互穿网络。

所述的明胶溶液的质量浓度为10～20％；