一种刺激响应型改性多糖微凝胶及其制备方法与应用

本发明涉及生物医用材料领域，尤其是涉及一种刺激响应型改性多糖微凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、微凝胶是一类可溶解于溶液中膨胀的大分子网络，尺寸跨越几纳米到微米的范围，具备小体积、高比表面积等特点，常以细胞支架、药物载体、纳米反应器等形式在生物医用领域被广泛应用。采用合成聚合物为基材的传统微凝胶，其制备方式可分为乳液聚合、微流体乳液生成、光刻、电流体动力喷涂、机械碎裂等，但是，这些制备方式存在生产耗能大、产品毒性高、尺寸分布不均匀等问题。这终将使得这些方法无法满足于大批量生产的要求，以及广泛的用于生物医药领域。

2、近年来，天然聚合物作为微凝胶的基材，因其良好的生物相容性、广泛的来源、低毒性等特性受到广泛关注，该类生物基微凝胶可由天然聚合物与交联剂间的物理化学反应而制得。在这些天然聚合物中，壳聚糖是一类通过对几丁质经过碱性脱乙酰处理制备而得到的天然聚合物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌性等优点。此外，壳聚糖作为自然界中唯一的阳离子多糖，分子链上所存在的氨基利于其交联形成三维网络的微凝胶。然而，壳聚糖因其较低的水溶性和功能性，使其基于现有方式制备微凝胶的过程中，仍然存在通量小、可加工性差、产品尺寸不可控等问题。为了解决此问题，通过简单的方式对壳聚糖进行接枝改性，使其具更优的水溶性，甚至赋予其更多的功能性。例如，接枝改性不仅为壳聚糖不仅改变了其亲水性，还可赋予其自组装驱动力以形成独特的三维仿生微环境，亦可给予了其刺激响应性。这些均已被证明可使得凝胶体系获得对于蛋白、酶等生物活性分子的保护能力，使得所负载活性物质的催化活性受损程度大幅度降低。

3、目前，生物基微凝胶的通常采用合成交联剂经由化学反应制得，或如中国专利cn201310232904.2公开了一种采用水/油微乳液中壳聚糖和阴离子多糖之间以静电相互作用形成复合多糖纳米微球。然而，该类型发明的微球合成过程中使用到多种化学合成成分，尤其是乳化成分，使所制备的微球存在生物相容性不佳的风险。此外，与上述类型专利多数采用特定乳化剂，仅可适用于指定尺寸和组成微球的制备，这些使得所开发的合成方法仅可用于特定的产品生产。因此，开发一种绿色的合成方法，效仿生命体通过高效自组装生产品类多样产物的方式，以多糖等天然聚合物间静电络合作用，辅以改性多糖双亲性，通过其自身物理化学反应，来制备具备单分散、良好的生物相容性、生物可降解性等特性的智能壳聚糖微凝胶，在此基础上以该类生物基微凝胶作为基材，将其应用于生物活性大分子及药物载体、细胞培养支架、医疗美容产品等领域具备重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种刺激响应型(温度、ph等响应)改性多糖微凝胶及其制备方法与应用，本发明中刺激响应型改性多糖微凝胶的制备采用了简单的一步反应法，以刺激响应型改性多糖为原料，通过加入天然/改性阳/阴离子多糖，采用相反电荷多糖链段间的静电络合、并以拥有特有双亲性(亲水性和疏水性)的刺激响应型改性多糖分子自组装驱动的方式快速、高效地形成尺寸分布均一的微凝胶。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种刺激响应型改性多糖微凝胶的制备方法，具体步骤如下：

4、s1、制备刺激响应改性多糖；

5、s2、将步骤s1中制备得到的刺激响应改性多糖溶于水中，再加入与刺激响应改性多糖电性相反的多糖水溶液，搅拌均匀，离心纯化后得到刺激响应型改性多糖微凝胶，

6、其中，

7、x的范围为1～6，y的范围为1～4，z选自-c6h5o3或-c，l、m和n均大于等于1，r选自-nh2、-co2h、-oh或-ch3。

8、进一步地，步骤s1中，所述刺激响应改性多糖选自刺激响应改性壳聚糖、刺激响应改性海藻酸钠或刺激响应改透明质酸等中的任意一种。

9、进一步地，步骤s1中，所述制备刺激响应改性多糖的方法如下：

10、将如式ⅰ、式ⅱ、式ⅲ和/或式ⅳ所示的目标化合物经水相的酰胺化反应接枝至如式ⅴ所示的多糖的侧链上，得到如式ⅵ所示的刺激响应型改性多糖，

11、其中，

12、x的范围为1～6，y的范围为1～4，z选自-c6h5o3或-c，l、m和n均大于等于1，r选自-nh2、-co2h、-oh或-ch3。

13、上述更进一步地，所述目标化合物与多糖的接枝比例为(0.1～0.9)：1。

14、上述更进一步地，所述如式ⅴ所示的多糖的含有氨基或羧基，所述如式ⅴ所示的多糖选自壳聚糖、海藻酸钠或透明质酸等中的任意一种。

15、进一步地，步骤s2中，所述刺激响应改性多糖和与刺激响应改性多糖电性相反的多糖的质量比为(0.1～100)：1，优选为(0.1～10)：1。

16、进一步地，步骤s2中，所述与刺激响应改性多糖电性相反的多糖包括天然阴离子多糖、天然阳离子多糖、改性阴离子多糖和改性阳离子多糖，

17、所述天然阳离子多糖选自壳聚糖或其衍生物中的任意一种或多种，所述天然阴离子多糖选自海藻酸钠、透明质酸、卡拉胶或黄原胶等中的任意一种或多种，

18、所述改性阴离子多糖和改性阳离子多糖选自刺激响应改性壳聚糖、刺激响应改性海藻酸钠或刺激响应改透明质酸等中的任意一种。

19、进一步地，步骤s2后设有步骤s3、制备共价交联的刺激响应型改性多糖微凝胶：

20、在刺激响应型改性多糖微凝胶中加入共价偶联剂，反应一段时间后得到共价交联的刺激响应型改性多糖微凝胶。

21、上述更进一步地，所述刺激响应型改性多糖微凝胶与共价偶联剂的质量比为(10～50)：1。

22、上述更进一步地，所述共价偶联剂选自dmtmm、edc、hobt或nhs等中的任意一种或多种。

23、上述更进一步地，所述反应时间为0.1～3天。

24、本发明还提供一种刺激响应型改性多糖微凝胶，所述刺激响应型改性多糖微凝胶由上述方法制备而成，所述刺激响应型改性多糖微凝胶的微球颗粒的半径为25～500nm。

25、此外，本发明还提供一种刺激响应型改性多糖微凝胶的应用，所述刺激响应型改性多糖微凝胶用于包载保护生物活性大分子。

26、进一步地，所述刺激响应型改性多糖微凝胶溶于溶剂中，制备得到刺激响应型改性多糖微凝胶悬液，在刺激响应型改性多糖微凝胶悬液中加入待保护的生物活性大分子溶液，搅拌，生物活性大分子通过渗透与吸附作用进入刺激响应型改性多糖微凝胶中，实现生物活性大分子的包载与保护。

27、上述更进一步地，所述溶剂选自去离子水、无菌水或超纯水中的任意一种或多种。

28、上述更进一步地，所述生物活性大分子包括蛋白和核酸。

29、上述更进一步地，所述搅拌温度为室温。

30、此外，本发明还提供一种刺激响应型改性多糖微凝胶的应用，所述刺激响应型改性多糖微凝胶用于递送药物。

31、上述更进一步地，所述药物为蛋白及核酸类药物。

32、本发明的原理如下：

33、本发明通过对刺激响应型改性多糖化学结构和设计微凝胶体系组成的合理设计，以获得具备特有双亲性的刺激响应型改性多糖分子来提供有效的自组装驱动力，并获得相反电荷多糖链段间的有效的静电络合作用，从而高效的制备具有不同尺寸的刺激响应型改性多糖微凝胶。

34、刺激响应型改性多糖分子兼具亲和疏水部分，在水溶液中亲水部分聚集在一起，疏水部分聚集在一起，以此驱动组装。可通过对亲水部分和疏水部分在分子中占比的合理设计，赋予分子不同的双亲性以获得不同组装驱动力。此外，刺激响应型改性多糖微凝胶水溶液在外界刺激信号刺激之下(例如：高于某一温度时)，其基材刺激响应型改性多糖分子中所含有的响应基元将发生对应改变(例如：发生相分离)，以此实现响应外界刺激来调整微凝胶内部拥挤程度或亲疏水等物理性质。

35、进一步，可利用天然分子间的反应位点、经由水相酰胺化反应在不外加交联剂的方式来对微凝胶形貌进行固定，制得相应共价交联的刺激响应型改性多糖微凝胶。

36、所述刺激响应型改性多糖微凝胶的制备采用了简单的一步反应法，以刺激响应型改性多糖为原料，通过加入天然/改性阳/阴离子多糖(海藻酸钠、透明质酸、改性海藻酸钠等)，通过静电络合与自组装的方式快速、高效地形成尺寸分布均一的刺激响应型微凝胶。

37、其中，刺激响应型改性多糖的制备如下所示：

38、

39、其中，x的范围为1～6，y的范围为1～4，z选自-c6h5o3或-c，l、m和n均大于等于1，r选自-nh2、-co2h、-oh或-ch3。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果如下所示：

41、1.本发明采用简便的水相酰胺化反应而制备具备特有双亲性的刺激响应型改性多糖为主体，在无额外化学交联剂添加的条件下，通过相反电荷多糖链段间静电络合及刺激响应型改性多糖自组装驱动的方式，即可高效的制备高生物相容性、单分散的智能微凝胶，方式新颖，成本低，绿色环保；

42、2.本发明通过对刺激响应型改性多糖化学结构及微凝胶体系组成的合理设计，可高效的制备多种由不同多糖组成、具备不同尺寸的刺激响应型改性多糖微凝胶产品，来满足不同应用场景对相应产品需求。

43、3.本发明所制备的刺激响应型改性多糖微凝胶构筑仿生微环境，可以简单的在温和条件下包载生物活性大分子，实现生物大分子活性的有效保护，并通过响应外界刺激以调整其内部拥挤程度和/或亲疏水性转变来实现对活性物质的可控释放，这使得该类微凝胶具备在生物活性大分子活性保护、药物递送、美容护肤品等领域的应用中的独特优势。

44、4.本发明所制备的刺激响应型改性多糖微凝胶具有良好的生物相容、可降解性、生物活性大分子保护性等优良特性。