一种水溶性交联剂及其制备方法和制备得到的电纺胶原纤维

摘要

本发明公开了一种水溶性交联剂及其制备方法和制备得到的电纺胶原纤维。该交联剂的制备方法为：(1)在保护气体氛围中，将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液与催化剂溶液混合，于室温搅拌反应10～20min，然后再加入含三甘醇的降冰片烯类亲水单体，于室温继续搅拌反应10～20min；(2)然后加入反应终止剂终止反应，再加入有机试剂沉淀析出反应物，过滤，然后对固相产物进行纯化干燥即可。本发明制备得到的交联剂能够提高胶原的稳定性，使得制备得到的电纺胶原纳米纤维也能够具有更好的结构稳定性与机械性能。

权利要求

1.一种水溶性交联剂，其特征在于，其化学结构式为：其中，n大于等于10*m，m为大于等于1的整数。

2.一种制备权利要求1所述的水溶性交联剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在保护气体氛围中，将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液与催化剂溶液混合，于室温搅拌反应10 20min，然后再加入含三甘醇的降冰片烯类亲水单体，于室温继续搅拌反应~

10 20min；

~

所述含醛基的降冰片烯类疏水单体、含三甘醇的降冰片烯类亲水单体和催化剂的重量比为0.025 0.05:0.5 1:0.01 0.015；

~ ~ ~

（2）然后加入反应终止剂终止反应，然后沉淀析出反应物，过滤，然后对固相产物进行纯化干燥即可；所述反应终止剂与催化剂的重量比为0.5 1:0.01 0.015；其中，所述催化剂~ ~

为Grubbs第3代催化剂900169‑53‑1。

3.根据权利要求2所述的水溶性交联剂的方法，其特征在于，所述反应终止剂为能使Grubbs第3代催化剂900169‑53‑1失活的物质。

4.根据权利要求2所述的水溶性交联剂的方法，其特征在于，所述含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液、含三甘醇的降冰片烯类亲水单体溶液和催化剂溶液中的溶剂均为干燥的二氯甲烷。

5.一种采用权利要求1所述的水溶性交联剂制备静电纺胶原纤维的方法，其特征在于，用酸液溶解胶原，然后将其与交联剂溶液混合，搅拌均匀后进行电纺，即可制备得到静电纺胶原纤维；

所述交联剂溶液与胶原溶液的重量比为0.5 1:20 40。

~ ~

6.根据权利要求5所述的制备静电纺胶原纤维的方法，其特征在于，所述胶原溶液的浓度为8 15 wt %。

~

7.根据权利要求5所述的制备静电纺胶原纤维的方法，其特征在于，所述电纺参数为：电压为15‑20 kV，溶液推进速度为0.1 1mL/h，样品接收距离为10‑20cm，温度15‑35℃，相对~

湿度30‑60%。

8.根据权利要求5所述的制备静电纺胶原纤维的方法，其特征在于，所述胶原为牛/猪皮胶原、牛/猪跟腱胶原、鱼皮/鱼鳞胶原或牛/猪软骨胶原。

9.权利要求1所述的水溶性交联剂在用于增强胶原基材料的结构稳定性中的应用。

说明书

一种水溶性交联剂及其制备方法和制备得到的电纺胶原纤维

技术领域

[0001] 本发明属于电纺胶原纤维制备技术领域，具体涉及一种水溶性交联剂及其制备方法和制备得到的电纺胶原纤维。

背景技术

[0002] 胶原是细胞外基质的主要成分，是动物体内含量最丰富的结构蛋白，具有用于制备组织工程支架、药物载体等生物医用材料的先天优势。然而，天然胶原的热稳定性、机械
力学性质等往往难以满足实际应用的需求，常通过一定的改性手段赋予胶原更佳的结构稳
定性及功能特性。其中，化学交联是最有效的改性手段之一。目前，文献报道的胶原用化学
交联剂主要有戊二醛、碳二亚胺、二元羧酸N‑羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯等，这些交联剂的结
构或者固定不变，或者活性基团有限，或者分子尺寸难于调控，因而将其用于胶原交联改性
的灵活性及改性效果受到限制。一直以来，新型胶原用交联剂的研发都是热点和难点。

[0003] 静电纺丝是制备纳米纤维的重要手段，常用于仿生构建细胞外基质的纤维网络结构。然而，相对合成高分子而言，胶原的电纺性较差，主要原因是胶原分子的棒状结构难于
形成足够的分子链缠结。此外，电纺溶剂、温度和射流拉伸等作用会破坏胶原的天然结构，
从而影响最终电纺胶原纤维的结构稳定性及生物活性。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种水溶性交联剂及其制备方法和制备得到的电纺胶原纤维，可有效解决现有胶原的电纺性较差，难于形成足够的分子链缠结，电
纺胶原纤维的结构稳定性差的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 一种水溶性交联剂(P(NCHO‑b‑NTEG))，其化学结构式为：

[0007]

[0008] 其中，n大于等于10*m，m为大于等于1的整数。

[0009] 一种制备上述水溶性交联剂的方法，包括以下步骤：

[0010] (1)在保护气体氛围中，将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液与催化剂溶液混合，于室温搅拌反应10～20min，然后再加入含三甘醇的降冰片烯类亲水单体，于室温继续搅拌
反应10～20min；

[0011] 其中，含醛基的降冰片烯类疏水单体、含三甘醇的降冰片烯类亲水单体和催化剂的重量比为0.025～0.05:0.5～1:0.01～0.015；

[0012] 含醛基的降冰片烯类疏水单体(NCHO)的化学结构式为：

[0013]

[0014] 含三甘醇的降冰片烯类亲水单体(NTEG)的化学结构式为：

[0015]

[0016] (2)然后加入反应终止剂终止反应，再加入有机试剂沉淀析出反应物，过滤，然后对固相产物进行纯化干燥即可；所述反应终止剂与催化剂的重量比为0.5～1:0.01～
0.015。

[0017] 进一步地，催化剂为Grubbs第3代催化剂900169‑53‑1。

[0018] 进一步地，反应终止剂为能使Grubbs第3代催化剂900169‑53‑1失活的物质。

[0019] 进一步地，反应终止剂为乙烯基乙醚。

[0020] 进一步地，有机试剂为乙醚。

[0021] 进一步地，纯化所用试剂为二氯甲烷和乙醚。

[0022] 进一步地，干燥为真空干燥。

[0023] 进一步地，含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液、含三甘醇的降冰片烯类亲水单体溶液和催化剂溶液中的溶剂均为干燥的二氯甲烷。

[0024] 一种采用上述水溶性交联剂制备静电纺胶原纤维的方法，用酸液溶解胶原，然后将其与交联剂溶液混合，搅拌均匀后进行电纺，即可制备得到的静电纺胶原纤维；

[0025] 其中，交联剂溶液与胶原溶液的重量比为0.5～1:20～40。

[0026] 进一步地，酸液为体积分数为20～60％的醋酸溶液。

[0027] 进一步地，胶原溶液的浓度为8～15wt％。

[0028] 进一步地，电纺参数为：电压为15‑20kV，溶液推进速度为0.1～1mL/h，样品接收距离为10‑20cm，温度15‑35℃，相对湿度30‑60％。

[0029] 进一步地，胶原为牛/猪皮胶原、牛/猪跟腱胶原、鱼皮/鱼鳞胶原或牛/猪软骨胶原。

[0030] 上述水溶性交联剂在用于增强胶原结构稳定性中的应用。

[0031] 本发明的有益效果为：

[0032] 1、通过改变含醛基的降冰片烯类疏水单体和含三甘醇的降冰片烯类亲水单体的比例和数量，能够调控制备得到分子量、分子构型、活性基团数量都可控的水溶性聚合物交
联剂。

[0033] 2、相对现有的戊二醛等小分子交联剂，本发明的交联剂的结构性质具有可控的灵活性，能根据不同的胶原应用场合对交联剂进行分子设计，以满足特定的应用需求。

[0034] 3、本发明制备得到的交联剂在水性电纺溶剂体系中使用时，通过其醛基与胶原氨基的Schiff碱交联，能够提高胶原的稳定性且交联剂的醛基数量可控，能增加胶原分子的
链缠结，从而利于静电纺过程的顺利进行，使得制备得到的电纺胶原纳米纤维也能够具有
更好的结构稳定性与机械性能。

附图说明

[0035] 图1为本申请实施例1制备得到的改性电纺胶原纤维的SEM图；

[0036] 图2为本申请制备得到的改性电纺胶原纤维和未改性电纺胶原纤维的二级结构检测结果。

具体实施方式

[0037] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，
只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易
见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0038] 实施例1

[0039] 一种静电纺胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：

[0040] (1)将0.025份含醛基的降冰片烯类疏水单体NCHO和0.5份含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体NTEG分别溶解在0.25份和5份干燥的二氯甲烷中；

[0041] (2)将0.01份Grubbs第3代催化剂在氮气保护下溶解在装有0.3份干燥二氯甲烷的烧瓶中；然后先将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液快速注入烧瓶中，在室温、氮气保护下
剧烈搅拌反应20分钟；

[0042] (3)再将含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体溶液快速加入反应体系中，在室温下进一步剧烈反应20分钟；随后将0.5份乙烯基乙醚注入烧瓶中使催化剂失活，并用乙醚促
使产物沉淀析出，过滤取沉淀，再结合用二氯甲烷和乙醚纯化3次，真空干燥，制备得到具有
水溶性的二嵌段聚合物交联剂P(NCHO‑b‑NTEG)；

[0043] (4)采用20％(v/v)醋酸溶液溶解牛皮胶原，配制胶原浓度为15％(w/v)的电纺胶原溶液；

[0044] (5)将0.5份聚合物交联剂溶于去离子水，加入至20份电纺胶原溶液中，快速搅拌均匀，接着将混合液装入溶液推注装置后进行电纺，同时用滚筒收集电纺胶原纤维样品。采
用的电纺参数：电压15kV，溶液推进速度0.1mL/h，样品接收距离20cm，温度15度，相对湿度
60％。经SEM测试，电纺胶原纤维的纤维直径为50‑500nm。

[0045] 实施例2

[0046] 一种静电纺胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：

[0047] (1)将0.05份含醛基的降冰片烯类疏水单体NCHO和1份含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体NTEG分别溶解在0.5份和10份干燥的二氯甲烷中；

[0048] (2)将0.015份Grubbs第3代催化剂在氮气保护下溶解在装有0.4份干燥二氯甲烷的烧瓶中；然后先将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液快速注入烧瓶中，在室温、氮气保护
下剧烈搅拌反应10分钟；

[0049] (3)再将含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体溶液快速加入反应体系中，在室温下进一步剧烈反应10分钟，随后将0.5份乙烯基乙醚注入烧瓶中使催化剂失活，并用乙醚促
使产物沉淀析出，过滤取沉淀，再结合用二氯甲烷和乙醚纯化5次，真空干燥，制备得到具有
水溶性的二嵌段聚合物交联剂P(NCHO‑b‑NTEG)；

[0050] (4)采用60％(v/v)醋酸溶液溶解鱼皮胶原，配制胶原浓度为8％(w/v)的电纺胶原溶液；

[0051] (5)将1份聚合物交联剂溶于去离子水，加入至40份电纺胶原溶液中，快速搅拌均匀，接着将混合液装入溶液推注装置后进行电纺，同时用平板收集电纺胶原纤维样品。采用
的电纺参数：电压20kV，溶液推进速度1mL/h，样品接收距离10cm，温度35度，相对湿度30％。
经SEM测试，电纺胶原纤维的纤维直径为50‑500nm。

[0052] 实施例3

[0053] 一种静电纺胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：

[0054] (1)将0.04份含醛基的降冰片烯类疏水单体NCHO和0.8份含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体NTEG分别溶解在0.4份和8份干燥的二氯甲烷中；

[0055] (2)将0.012份Grubbs第3代催化剂在氮气保护下溶解在装有0.32份干燥二氯甲烷的烧瓶中；然后先将含醛基的降冰片烯类疏水单体溶液快速注入烧瓶中，在室温、氮气保护
下剧烈搅拌反应15分钟；

[0056] (3)再将含三甘醇结构的降冰片烯类亲水单体溶液快速加入反应体系中，在室温下进一步剧烈反应15分钟，随后将0.5份乙烯基乙醚注入烧瓶中使催化剂失活，并用乙醚促
使产物沉淀析出，过滤取沉淀，再结合用二氯甲烷和乙醚纯化4次，真空干燥，制备得到具有
水溶性的二嵌段聚合物交联剂P(NCHO‑b‑NTEG)；

[0057] (4)采用40％(v/v)醋酸溶液溶解牛跟腱胶原，配制胶原浓度为12％(w/v)的电纺胶原溶液；

[0058] (5)将0.8份聚合物交联剂溶于去离子水，加入至30份电纺胶原溶液中，快速搅拌均匀，接着将混合液装入溶液推注装置后进行电纺，同时用滚筒收集电纺胶原纤维样品。采
用的电纺参数：电压18kV，溶液推进速度0.6mL/h，样品接收距离15cm，温度25度，相对湿度
45％。经SEM测试，电纺胶原纤维的纤维直径为50‑500nm。

[0059] 实验例

[0060] 采用圆二色谱检测本申请实施例1制备得到的交联改性电纺胶原纤维和未改性电纺胶原纤维的二级结构，其结果见图2。

[0061] 如图2所示，经交联改性后的胶原制备得到的电纺胶原纤维的天然三股螺旋构象得到较好的保持，但未改性胶原在电纺后其天然构象受到严重破坏，表明本申请制备得到
的交联剂能够有效的增强胶原的结构稳定性，避免其在电纺过程中结构遭到破坏，有利于
静电纺过程的顺利进行，并且，使得制备得到的电纺胶原纤维同样具备很好的结构稳定性，
而在其结构稳定性得到提升的同时，也影响电纺纤维的机械强度，使其能够具有更加优异
的机械性能。