一种ROS响应型的水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于水凝胶，特别涉及一种ros响应型的水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、脊髓损伤(sci)发生后，由于损伤微环境的动态和复杂性，导致受损部位神经存活和组织再生困难。其中，氧化应激和炎症形成多个正反馈调节信号网络，在损伤后占主导地位，成为外在神经损伤环境的标志。sci通过各种细胞和酶介导的信号通路产生活性氧(ros)，高水平的ros易引起氧化应激，通过多种机制导致炎症事件，重塑抗氧化损伤微环境以促进脊髓再生成为研究的重点。

2、目前存在针对ros响应型材料体系设计的相关研究，比如有研究将硫缩醛(酮)化合物接枝到纳米介孔硅，其载药后进一步偶联至环糊精聚合物以实现靶向递送。但是，这些研究对于硫醚键响应ros后的后续功能转变没有进一步考虑和利用，很大程度上限制了药物递送效率及时效性，此外，这些材料体系对ros清除能力较差，机械性能较差，且药物释放较快，不能满足缓释效果。

3、因此，亟需提供一种ros响应型的水凝胶，其具有良好的ros清除能力、机械性能，且可有效延缓生长因子的释放，增强脊髓损伤修复效果。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。具体而言，本发明提供一种ros响应型的水凝胶，其良好的机械性能，ros清除能力，且可有效延缓生长因子的释放，增强脊髓损伤修复效果。

2、本发明的发明构思：本发明ros响应型的水凝胶包括生长因子、a组分；所述a组分包括功能基团修饰的硫醚类化合物通过酰胺键与高分子材料偶联，且高分子材料之间通过酰胺键连接的化合物；所述功能基团包括-nh2、-sh、-oh、-cooh、不饱和双键、不饱和三键中的至少一种；所述高分子材料含-cooh和-nh2。功能基团修饰的硫醚类化合物通过酰胺键与高分子材料偶联，提高了硫醚类化合物在高分子材料中的连接稳定性，且高分子材料之间通过酰胺键连接使得高分子材料整体形成水凝胶，不易降解，并增强了材料的机械性能。本发明功能基团修饰的硫醚类化合物与ros反应后产生游离-sh或-s-s-，其可以与水凝胶上的生长因子或细胞通过硫醇置换反应，或形成-s-s-，或通过-sh与-nh2化学偶联反应，或氢键作用力等形式进一步动态结合，有效延缓水凝胶上生长因子的释放并促进细胞的黏附，增强功能支架的脊髓损伤修复效果。

3、因此，本发明的第一方面提供一种ros响应型的水凝胶。

4、具体的，一种ros响应型的水凝胶，包括包括生长因子、a组分；所述a组分包括功能基团修饰的硫醚类化合物通过酰胺键与高分子材料偶联，且高分子材料之间通过酰胺键连接的化合物；

5、所述功能基团包括-nh2、-sh、-oh、-cooh、不饱和双键、不饱和三键中的至少一种；

6、所述高分子材料含-cooh和-nh2。

7、优选地，所述功能基团包括-nh2、-sh、-oh、-cooh、不饱和双键、不饱和三键中的至少两种不同或相同的基团。

8、具体的，所述至少两种相同的基团指功能基团种类相同，但是数量至少为2个，如两个-cooh。

9、优选地，所述高分子材料包括胶原、明胶、壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸、聚乙二醇(peg)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)、聚乳酸(pla)中的至少一种。

10、优选地，所述化合物包括高分子材料结构单元和功能基团修饰的硫醚结构单元，所述高分子材料结构单元和功能基团修饰的硫醚结构单元的摩尔比为1-1000：1-1000；进一步优选地，所述高分子材料与功能基团修饰的硫醚的摩尔比为1000：1-1000；更进一步优选地，所述高分子材料与功能基团修饰的硫醚的摩尔比为1000：1，100：1或10：1。

11、优选地，所述硫醚类化合物包括双二硫醚、双苯磺酰硫醚、双(2-巯乙基)二硫醚中的至少一种。

12、优选地，所述功能基团修饰的硫醚类化合物包括缩硫酮、缩硫醛类化合物中的至少一种。

13、优选地，所述生长因子包括含基团的因子、含基团的药物中的至少一种，所述基团包括-sh、-s-s-、-nh2和-cooh中的至少两种。

14、本发明的第二方面提供一种本发明第一方面所述的ros响应型的水凝胶的制备方法。

15、具体的，所述ros响应型的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

16、(1)将功能基团修饰的硫醚类化合物、羧基活化剂混合，反应，得到混合物1；

17、(2)将所述高分子材料和步骤(1)所得的混合物1混合，反应，得到混合物2；

18、(3)将所述生长因子、步骤(2)所得的混合物2、羧基活化剂混合，固化，制得所述ros响应型的水凝胶。

19、优选地，步骤(1)中，所述羧基活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc)和n-羟基丁二酰亚胺(nhs)；所述功能基团修饰的硫醚类化合物、edc和nhs的质量比为1：(0.9-11)：(0.9-2.2)。

20、进一步优选地，步骤(1)中，所述功能基团修饰的硫醚类化合物、edc和nhs的质量比为1：(1-10)：(1-2)。

21、优选地，步骤(1)中，先将功能基团修饰的硫醚类化合物溶解，得到硫醚类化合物溶液，然后与edc、nhs混合。

22、优选地，所述溶解在避光条件下进行。

23、优选地，步骤(1)中，所述反应的温度为4-37℃，所述反应的时间为25-35min；进一步优选地，步骤(1)中，所述反应的温度为20-37℃，所述反应的时间为27-33min；更进一步优选地，步骤(1)中，所述反应的温度为37℃，所述反应的时间为30min。

24、优选地，步骤(1)中，所述反应在避光条件下进行。

25、具体的，步骤(1)中，所述反应为酰胺反应。

26、优选地，步骤(1)中，edc与nhs的质量比为0.9-11：1；进一步优选地，步骤(1)中，edc与nhs的质量比为1-10：1。

27、优选地，步骤(1)中，所述功能基团修饰的硫醚类化合物的制备方法，包括以下步骤：将含有所述功能基团的化合物和硫醚类化合物混合，反应，制得所述功能基团修饰的硫醚类化合物。

28、优选地，含有所述功能基团的化合物包括乙二酸、乙二胺、乙二胺四乙酸、4-巯基苯基乙酸、2-巯基乙基胺、降冰片烯、叠氮丙酸中的至少一种。

29、优选地，所述功能基团修饰的硫醚类化合物包括3,3'-(丙烷-2,2-二基双(硫烷二基))二丙酸、丙烷-2,2-二基双(磺胺二基)二乙胺、丙烷-2,2-二基双(硫基)二丙酸中的至少一种。

30、优选地，所述反应为化学交联。

31、优选地，所述化学交联包括酰胺化反应，酯化反应，加成反应，缩合反应，络合反应中的至少一种。

32、具体的，通过化学交联将功能基团接枝到硫醚类化合物上。

33、优选地，步骤(2)中，先将所述高分子材料溶解，得到高分子材料溶液，然后和步骤(1)所得的混合物1混合。

34、优选地，步骤(2)中，所述高分子材料与所述混合物1中功能基团修饰的硫醚类化合物的摩尔比为1：0.8-1.2；进一步优选地，步骤(2)中，所述高分子材料与所述混合物1中功能基团修饰的硫醚类化合物的摩尔比为1：0.9-1.1；更进一步优选地，步骤(2)中，所述高分子材料与所述混合物1中功能基团修饰的硫醚类化合物的摩尔比为1：1。

35、优选地，步骤(2)中，所述反应的温度为4-37℃，所述反应的时间为4-6h；进一步优选地，步骤(2)中，所述反应的温度为20-37℃，所述反应的时间为4.5-5.5h；更进一步优选地，步骤(2)中，所述反应的温度为37℃，所述反应的时间为5h。

36、优选地，步骤(2)中，所述反应在避光条件下进行。

37、优选地，步骤(2)中，所述反应后还包括透析的过程。

38、优选地，所述透析在双蒸水中进行。

39、优选地，所述透析的目的是除未反应的化合物杂质。

40、优选地，步骤(3)中，先将步骤(2)所得的混合物2溶解，然后和生长因子、edc、nhs混合。

41、优选地，步骤(3)中，所述生长因子和所述混合物2的质量比为1：(1-10000)；进一步优选地，步骤(3)中，所述生长因子和所述混合物2的质量比为1：1000-8000；更进一步优选地，步骤(3)中，所述生长因子和所述混合物2的质量比为1：8000或1：1000。

42、优选地，步骤(3)中，所述羧基活化剂包括edc和nhs。

43、优选地，步骤(3)中，edc与nhs的质量比为0.9-11：1；进一步优选地，步骤(3)中，edc与nhs的质量比为1-10：1。

44、优选地，步骤(3)中，所述edc、nhs为edc和nhs的水溶液。

45、优选地，所述edc和nhs的水溶液的质量分数为40-60％；进一步优选地，所述edc和nhs的水溶液的质量分数为45-55％；更进一步优选地，所述edc和nhs的水溶液的质量分数为50％。

46、优选地，步骤(3)中，所述固化的时间为25-35min；进一步优选地，所述固化的时间为27-33min；更进一步优选地，所述固化的时间为30min。

47、本发明的第三方面提供一种支架。

48、具体的，所述支架包括本发明第一方面所述的ros响应型的水凝胶。

49、相对于现有技术，本发明提供的技术方案的有益效果如下：

50、(1)本发明ros响应型的水凝胶包括生长因子、a组分；所述a组分包括功能基团修饰的硫醚类化合物通过酰胺键与高分子材料偶联，且高分子材料之间通过酰胺键连接的化合物；所述功能基团包括-nh2、-sh、-oh、-cooh、不饱和双键、不饱和三键中的至少一种；所述高分子材料含-cooh和-nh2。功能基团修饰的硫醚类化合物通过酰胺键与高分子材料偶联，提高了硫醚类化合物在高分子材料中的连接稳定性，且高分子材料之间通过酰胺键连接使得高分子材料整体形成水凝胶，不易降解，并增强了材料的机械性能。本发明功能基团修饰的硫醚类化合物与ros反应后产生游离-sh或-s-s-，其可以与水凝胶上的生长因子或细胞通过硫醇置换反应，或形成-s-s-，或通过-sh与-nh2化学偶联反应，或氢键作用力等形式进一步动态结合，有效延缓水凝胶上生长因子的释放并促进细胞的黏附，增强功能支架的脊髓损伤修复效果。

51、(2)本发明制备方法步骤(2)所制备的混合物2还可以通过挤出、静电纺丝、湿法纺丝等成型方法在含有edc/nhs的接收液中以化学交联方式快速固化成型，可制备成有序纤维、3d支架等形状，满足各种应用场景。

52、(3)本发明制备工艺简单、反应条件温和，成胶速度快，易于工业化生产。