一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶及其制备方法，其为网状结构，以1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺为催化剂，采用己二酸二酰肼将人工合成聚合物与天然聚合物硫酸软骨素化学交联得到高分子水凝胶。本发明的优点在于合成过程简单,反应条件温和,适用于大规模生产。本发明采用了人工合成聚合物P(MVE‑alt‑MA)与天然聚合物ChS制备水凝胶，易于通过两种成分比例调节水凝胶的力学性能，更易于满足应用需求及产业化。而且具有pH敏感性,该水凝胶在药物缓释及组织工程支架等领域具有良好的应用前景。

权利要求

1.一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶，其特征在于：其为网状结构，是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺为催化剂，采用己二酸二酰肼将人工合成聚合物甲基乙烯基醚马来酸共聚物与天然聚合物硫酸软骨素化学交联得到。

2.一种制备权利要求1所述的基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、制备改性硫酸软骨素：向硫酸软骨素水溶液中加入交联剂己二酸二酰肼，将催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺加入上述反应溶液；将反应溶液的pH调至4 6, 室温条件下反应进行24 h，所得产物透析3天 7天后，冷冻~ ~干燥；

步骤二、制备甲基乙烯基醚马来酸共聚物：将甲基乙烯基醚马来酸酐共聚物于二次水中在90℃条件下搅拌2小时水解得到水溶性甲基乙烯基醚马来酸共聚物；

步骤三、甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素水凝胶的合成：向步骤二得到的甲基乙烯基醚马来酸共聚物溶液中加入催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌； 然后加入步骤一制备的改性硫酸软骨素，在pH为4 6的条件下搅~拌，进行反应，形成甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素水凝胶。

3.根据权利要求2所述的制备基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，其特征在于：步骤一中，所述硫酸软骨素与己二酸二酰肼的摩尔比为1:30

1:5；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为0.5:1~

1:1.5；催化剂总量和硫酸软骨素的摩尔比为1:50 2。

~ ~

4.根据权利要求2所述的制备基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，其特征在于：所述甲基乙烯基醚马来酸共聚物的数均分子量为80000~

311000。

5.根据权利要求2所述的制备基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，其特征在于：步骤三中，所述甲基乙烯基醚马来酸共聚物和改性硫酸软骨素按质量比为1:3 3:1；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺~的摩尔比为0.5:1 1:1.5；催化剂总量和甲基乙烯基醚马来酸共聚物的摩尔比为1:50 2。

~ ~

6.根据权利要求2所述的制备基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，其特征在于：步骤三中，反应时间为5min 12h。

~

说明书

一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复

合水凝胶及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶的制备方法。

背景技术

[0002] 水凝胶是一类通过共价键、范德华力或氢键等相互作用交联形成的三维网状结构，能在水中溶胀，在保持其结构的同时保留大量水分，同时在一定条件下又可以脱水退溶胀的功能高分子材料。水凝胶的交联方式有物理交联和化学交联。其中化学交联是不同聚合物链间以共价键结合产生。通常以化学交联得到的水凝胶其机械性能优越于物理交联水凝胶。

[0003] 甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))作为一种亲水性、生物相容性和粘附性，聚羧酸聚合物，已在生物技术领域有许多重要的应用，尤其药理和保健应用，如增稠剂、悬浮剂、牙齿粘附剂和漱口水，病毒的捕获，核酸的分离，细胞的封装及培养；另一方面，P(MVE-alt-MA)具羧酸官能团，可以在聚合物主链为聚阴离子特性以及易于化学改性。

[0004] 硫酸软骨素(chondroitin sulfate,ChS)是存在于动物软骨、肌腱、血管壁等组织的主要成分,主要由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D-氨基半乳糖以β-1,3糖苷键连接形成二糖,而二糖单位之间以β-l,4糖苷键连接。硫酸软骨素具有良好的亲水性,生物相容性和生物降解性,而且作为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)主要的一种粘多糖,具有多种生物活性,因此被广泛应用于生物医学领域。此外,硫酸软骨素在细胞粘附、迁移、增殖和分化中起着重要作用。

[0005] 水凝胶作为组织工程支架材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性,又需要具有一定的力学性能。单一材料构建的组织工程支架往往无法同时满足这些要求。利用天然可降解高分子材料,与具有一定力学强度的无毒的合成高分子材料复合,有望制备出更理想的支架材料。通过天然与合成聚合物材料间的复合,可以得到既能调节支架材料的力学强度又可保持降解行为,还能获得良好生物活性。本发明以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂，采用己二酸二酰肼(ADH)将人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)与天然聚合物硫酸软骨素(ChS)化学交联得到高分子水凝胶。该水凝胶具有pH敏感性。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶及其制备方法，以解决现有技术中水凝胶合成步骤复杂，生物相容性、生物活性与力学性能难以同时兼具等缺陷。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0008] 一种基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶，其为网状结构，是以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂，采用己二酸二酰肼(ADH)将人工合成聚合物甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)与天然聚合物硫酸软骨素化学交联得到。

[0009] 一种制备上述的基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素pH敏感复合水凝胶的方法，包括如下步骤：

[0010] 步骤一、制备改性硫酸软骨素(AChS)：向硫酸软骨素(ChS)水溶液中加入交联剂己二酸二酰肼(ADH)，将催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入上述反应溶液；将反应溶液的pH调至4～6,室温条件下反应进行24h，所得产物透析3天～7天后，冷冻干燥；

[0011] 步骤二、制备甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))：将甲基乙烯基醚马来酸酐共聚物(P(MVE-alt-MAH))于二次水中在90℃条件下搅拌2小时水解得到水溶性甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))；

[0012] 步骤三、甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素水凝胶的合成：向步骤二得到的甲基乙烯基醚马来酸共聚物溶液中加入催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)然后加入步骤一制备的改性硫酸软骨素(AChS)，在pH为4～6的条件下搅拌，进行反应，形成甲基乙烯基醚马来酸共聚物/硫酸软骨素水凝胶。

[0013] 进一步的，步骤一中，所述硫酸软骨素与己二酸二酰肼的摩尔比为1:30～1:5；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为0.5:1～1:1.5；催化剂总量和硫酸软骨素的摩尔比为1:50～2。

[0014] 进一步的，所述聚甲基乙烯基醚共聚马来酸的数均分子量为80000～311000。

[0015] 进一步的，步骤三中，所述甲基乙烯基醚马来酸共聚物和改性硫酸软骨素按质量比为1:3～3:1；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为0.5:1～1:1.5；催化剂总量和甲基乙烯基醚马来酸共聚物的摩尔比为1:50～2。

[0016] 进一步的，步骤三中，反应时间为5min～12h。

[0017] 有益效果：本发明具有以下优点：

[0018] 1、本发明原料廉价，合成路线简单，周期短，适用于大规模生产。

[0019] 2、水凝胶作为组织工程支架材料既需要材料具有良好的生物相容性和生物活性,又需要具有一定的力学性能。单一材料构建的组织工程支架往往无法同时满足这些要求。本发明通过将人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)与天然聚合物硫酸软骨素(ChS)间不同反应比例复合,易于得到同时满足材料需求的力学强度和良好生物活性等。

[0020] 3、本发明水凝胶的机械性能亦可通过pH值调节，使其适应更广泛的生物医学应用如药物控释及组织工程支架。

附图说明

[0021] 图1是实施例2获得的基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶的扫描电镜图。

[0022] 图2是实施例2制备的基于P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶在不同pH值条件下储能模量和损耗模量随频率变化的流变测试图。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的说明。

[0024] 甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)是对人体和动物无毒无害的高分子材料,具有良好亲水性、化学稳定性、生物相容性、生物黏附性的多元羧酸聚合物而被广泛应用于生物技术、药理学及保健应用。如作为稳定剂，增塑剂，粘合剂和缓释剂等。P(MVE-alt-MA)的微阵列结构能够支持人多能干细胞(hPSCs)(HUES 1，HUES9和iPSCs)的黏附，增殖和自我更新。在P(MVE-alt-MA)上培养的人多能干细胞hPSCs能维持其特征形貌，表达了高水平多能性标记物和保持正常的染色质组型。基于该聚合物良好的生物相容性，本发明由人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)与天然聚合物硫酸软骨素(ChS)化学交联得到pH敏感复合水凝胶。可应用于药物载体及组织工程支架等。

[0025] 本发明基于甲基乙烯基醚/马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂，采用己二酸二酰肼(ADH)将人工合成聚合物P(MVE-alt-MA)与天然聚合物硫酸软骨素(ChS)化学交联得到高分子水凝胶。

[0026] 上述基于甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

[0027] 步骤一、制备改性硫酸软骨素(AChS)：向硫酸软骨素(ChS)水溶液中加入交联剂己二酸二酰肼(ADH)，将催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入上述反应溶液。将反应溶液的pH调至4～6,室温反应进行24h，所得产物透析3天～7天后,冷冻干燥；

[0028] 其中，ChS与ADH的摩尔比为1:30～1:5；EDC和NHS的摩尔比为0.5:1～1:1.5；催化剂(即EDC和NHS的总量)和ChS的摩尔比为1:50～2。

[0029] 步骤二、制备甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)：

[0030] 甲基乙烯基醚马来酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90℃，条件下搅拌2小时水解得到水溶性甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)；

[0031] 其中，聚甲基乙烯基醚共聚马来酸的数均分子量为80000～311000。

[0032] 步骤三、甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶的合成：

[0033] 在EDC和NHS的作用下,甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)和改性硫酸软骨素AChS按质量比为1:3～3:1，在pH为4～6条件下搅拌反应5min～12h,形成甲基乙烯基醚马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶；

[0034] 其中，P(MVE-alt-MA)和AChS按质量比为1:3～3:1；EDC和NHS的摩尔比为0.5:1～1:1.5；催化剂(即EDC和NHS的总量)和P(MVE-alt-MA)的摩尔比为1:50～2。

[0035] 以下实例所采用的原料来源说明：聚甲基乙烯基醚马来酸共聚物(P(MVE-alt-MA))购自百灵威科技有限公司；硫酸软骨素(ChS)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，己二酸二酰肼(ADH)均购自国药集团化学试剂有限公司。

[0036] 实施例1

[0037] 步骤一、改性硫酸软骨素(AChS)的制备

[0038] 0.25mmol ChS溶于30ml水中,然后加入7.5mmol ADH。将1mmol EDC和1mmol NHS分别溶于2ml水中,然后加入反应溶液中。将反应溶液的pH调至6,室温反应进行24h。产物透析3天～7天后,冷冻干燥；

[0039] 步骤二、P(MVE-alt-MA)的制备

[0040] 取0.1g甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于10ml二次水中在90℃，2小时条件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷却，备用。

[0041] 步骤三、P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶的合成

[0042] 向步骤二所得0.01g/ml P(MVE-alt-MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,搅拌30min。然后加入0.1g AChS。将反应溶液的pH调至5.6,室温反应12h，即得P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶。

[0043] 实施例2

[0044] 步骤一、改性硫酸软骨素(AChS)的制备

[0045] 0.5mmol ChS溶于30ml水中,然后加入7.5mmol ADH。将1mmol EDC和1mmol NHS分别溶于2ml水中,然后加入反应溶液中。将反应溶液的pH调至6,室温反应进行24h。产物透析3天～7天后,冷冻干燥；

[0046] 步骤二、P(MVE-alt-MA)的制备

[0047] 取0.1g甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90℃，2小时条件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷却，备用。

[0048] 步骤三、P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶的合成

[0049] 向步骤二所得0.01g/ml P(MVE-alt-MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,搅拌30min。然后加入0.2g AChS。将反应溶液的pH调至5.6,室温反应8h，即得P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶。

[0050] 图1是本实施例制备的基于P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶的扫描电镜图，该水凝胶内部结构为连续的网络结构，此种结构使得水凝胶具有较大的比表面积。图2是本实施例制备的基于P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)pH敏感复合水凝胶在不同pH值条件下储能模量和损耗模量随频率变化的流变测试图，该测试结果表明水凝胶的机械性能可随pH值变化而不同，及其机械性能可通过pH值调节。

[0051] 实施例3

[0052] 步骤一、改性硫酸软骨素(AChS)的制备

[0053] 1mmol ChS溶于30ml水中,然后加入7.5mmol ADH。将1mmol EDC和1mmol NHS分别溶于2ml水中,然后加入反应溶液中。将反应溶液的pH调至6,室温反应进行24h。产物透析3天～7天后,冷冻干燥；

[0054] 步骤二、P(MVE-alt-MA)的制备

[0055] 取0.1g甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物P(MVE-alt-MAH)于二次水中在90℃，2小时条件下水解得到水溶性基于甲基乙烯基醚/马来酸共聚物P(MVE-alt-MA)，冷却，备用。

[0056] 步骤三、P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶的合成

[0057] 向步骤二所得0.01g/ml P(MVE-alt-MA)溶液加入0.15mol EDC和0.15mol NHS,搅拌30min。然后加入0.3g AChS。将反应溶液的pH调至5.6,室温反应5h，即得P(MVE-alt-MA)/硫酸软骨素(ChS)水凝胶。

[0058] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。