[发明专利]一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法。该方法以壳聚糖和琥珀酰化壳聚糖为原料，以碱性溶剂体系为基础，构建了一种由纯物理作用交联的双网络水凝胶，并进一步对得到的水凝胶进行仿生矿化，提高其力学性能。相比纯壳聚糖水凝胶，本发明公开的壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶结构规整且致密，力学性能显著提升。同时，相比传统化学‑物理交联的壳聚糖基双网络水凝胶，其良好的生物相容性具有非常明显的优势。本发明制备的纯物理交联双网络水凝胶兼具较好的力学性能和良好的生物相容性，在生物医用领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用水凝胶领域，具体涉及一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种具有三维网络结构的材料，具有一系列特质，包括易调节的物理、化学性能、生产制造多样性等，尤其是生物特性以及与细胞外基质的相似性，使水凝胶成为生物医用领域中最具有前景的材料之一。双网络水凝胶是一种新型的水凝胶，其中两种大分子相互作用而形成三维网络结构，通过二者之间的协同作用提高其性能，可显著增强增韧水凝胶。然而目前绝大多数的双网络水凝胶都采用纯化学交联或物理-化学交联的方式形成，体系中会残留具有生物毒性的单体、光引发剂、交联剂等，影响其生物相容性，使得它们在生物医用领域的应用中受到了极大的限制。在纯物理交联作用下制备的材料由于其制备过程纯净,在生物医用领域具有广泛的应用和显著的优势。但是仅由单纯的物理作用形成的大分子双网络水凝胶鲜有报道，主要是因为物理交联的作用力比化学交联要弱很多，想要达到对材料性能的大幅提升仍是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶及其制备方法，以获得生物相容性好、力学性能优良的生物医用水凝胶。

本发明采用以下技术方案实现：

一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶，利用琥珀酰化壳聚糖与壳聚糖之间的静电相互作用，以及分子内和分子间的氢键等相互作用，在碱性溶剂体系中，通过冷冻爆破法构筑一种纯物理作用交联的双网络复合水凝胶，具有良好的力学性能和优秀的生物相容性。

本发明还提供一种壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：

1)首先称取一定量的一水合氢氧化锂与尿素溶解于去离子水中，形成清澈的溶液，用该溶液作为后续实验的碱性溶剂体系，其中氢氧化锂、尿素的重量分数分别为3％～9％、6％～12％；

2)将琥珀酰化壳聚糖粉末加入到步骤1)中配制的碱性溶剂体系中，搅拌30-60分钟，然后将壳聚糖粉末加入上述溶液中，再搅拌10-30分钟；

3)将步骤2)中制得的混合物反复冷冻(-60～-80℃)-解冻(20～30℃)处理，且在解冻的过程中保持搅拌，冷冻-解冻反复3～5次后，获得较透明的琥珀酰化壳聚糖/壳聚糖碱性溶液；

4)将步骤3)中制得的溶液注入模具，恒温水浴55～65℃加热2～5小时，脱模，得到水凝胶；

5)将步骤4)得到的水凝胶在去离子水中反复透析若干次，直至完全去除水凝胶中的氢氧化锂和尿素，得到纯物理作用交联的双网络复合水凝胶。

上述技术方案中，所述壳聚糖的脱乙酰度为80％～95％，分子量为200000～5000000，所述琥珀酰化壳聚糖分子量为20000～500000，琥珀酰化度为80％～90％。

进一步地，还可通过仿生矿化方法进一步提高采用上述方法制得的壳聚糖基纯物理交联双网络水凝胶的力学性能。

更进一步地，所述的仿生矿化方法具体包括以下步骤：

1)用滤纸快速吸去双网络复合水凝胶表面的水分，在氯化钙溶液中浸泡12～36小时，取出；