[发明专利]抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的制备方法，先配制CS水溶液、HAS水溶液和醋酸水溶液，再将CS溶液和HAS溶液滴加进醋酸溶液中实现自组装过程，恒温蒸干水分得到干燥薄膜。将薄膜在去离子水中溶胀平衡，即得CS/HAS水凝胶薄膜。一方面，CS分子链可与HAS分子链通过静电吸引作用形成离子复合物；另一方面，CS分子链上多余的游离氨基之间可以形成氢键。由于静电吸引作用和氢键的协同作用，使形成的水凝胶薄膜具有高强度与韧性，同时，得到的CS/HAS水凝胶薄膜还具有良好的抗菌性。本发明的制备过程操作简便，可用作伤口敷料或生物表皮组织替代品，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体的说是一种抗菌性高强度离子复合物水凝胶膜的制备方法。

背景技术

水凝胶是由亲水性聚合物构成的具有三维网状结构的高含水材料，柔软且有较好的弹性。由于这一与生物体软组织相似的特性，水凝胶在组织工程领域有着广泛的潜在应用。近年来，以水凝胶作为医用敷料、人工皮肤等研究成为国内外研究者的热点。然而，传统的水凝胶多以化学交联法制备，机械性能较低，且在凝胶网络发生破坏后难以修复，无法满足生物医学中的应用要求。因此为了赋予水凝胶自修复性能，越来越多地引入物理交联网络。Liu等人Liu,X.,et al.(2017). Rapidly self-recoverable and fatigue-resistant hydrogels toughened by chemical crosslinking and hydrophobicassociation.European Polymer Journal 89:185-194. 通过引入化学交联和物理相互作用，设计出了优异韧性的物理/化学杂化双交联水凝胶。共聚物分子链之间通过化学交联形成的网络可以赋予水凝胶足够的强度，保持稳定的形态，同时引入疏水单体间形成的疏水缔合作用作为动态交联中心，提供了一种有效地能量消耗机制。合成的杂化双交联水凝胶具有良好的韧性和抗疲劳性能，但未见报道其具有良好的拉伸强度。Hu等人Hu,Y.,etal.(2018) Dual-Crosslinked Amorphous Polysaccharide Hydrogels Based onChitosan/Alginate for Wound Healing Applications.Macromolecular RapidCommunications (2018):e1800069.通过Ca²⁺作为物理交联剂设计了双物理交联复合水凝胶。一方面，聚阳离子聚合物壳聚糖与聚阴离子聚合物海藻酸钠通过静电吸引作用形成物理交联。另一方面，Ca²⁺与海藻酸钠分子链上的羧基形成配位。通过这种方法合成的水凝胶可以作为表皮生长因子的良好载体，促进细胞增殖和伤口愈合的进程。但是Ca²⁺与海藻酸钠的配位作用主导而抑制了分子链间的静电吸引作用，这种水凝胶的强度较弱(储能模量小于1.5kPa)，大大限制了其在多种场合的应用。 Yu等人Yu,H.C.,et al.(2018).Ultrathinκ-carrageenan/chitosan hydrogel films with high toughness and anti-adhesionproperty.Acs Appl Mater Interfaces 10(10):9002-9009.采用带相反电荷的壳聚糖(CS)与卡拉胶(κ-CG)制备了具有良好韧性和抗细胞粘附性能的多糖基水凝胶薄膜。除CS与κ-CG分子链之间形成的静电吸引作用之外，CS分子链间和κ-CG分子链间也形成了氢键。通过离子键与氢键的协同作用，赋予了水凝胶薄膜优异的自修复性能(拉伸后静置2 h的自修复效率达到90％)。然而，由于CS与κ-CG的均为高分子量多糖(分子量均在10万以上)，这样分子链间无规线团的缠结非常严重，也会抑制了分子链单元配对的静电吸引作用，这样该优选复合比的水凝胶的含水率相对较低(约为 60％)，韧性也相对较小(破坏应变约为90％)，限制了其在生物组织修复材料方面的应用。