一种水凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物医药，特别涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水凝胶是由各种天然或合成聚合物，通过物理或化学交联等技术，以共价键、离子相互作用或分子链缠绕等方式形成的一种具有三维网络结构的高分子聚合物。通常，水凝胶分子中含有亲水基团和疏水基团，其中疏水基团遇水易发生膨胀，而亲水基团则可与水分子结合，故水凝胶具有适度的溶胀性、保水性和力学强度。此外，水凝胶内部还具有三维空间网络结构，可有效负载药物活性分子，并实现药物分子的缓/控释放。根据材料来源，可将水凝胶分为天然来源水凝胶和人工合成水凝胶。天然来源的水凝胶(如壳聚糖)大多具有生物相容性好、生物可降解性和无免疫原性等优势，但亦存在力学性能差、功能化单一和重现性差等局限。近年来，各种水凝胶制剂相机开发，被广泛应用于各类疾病的治疗中，展现出了显著的效果。然而，现有水凝胶主要聚焦于改善活性药物分子的缓/控释放性能，在赋予水凝胶基体本身以功能化和智能化方面仍缺乏关注。值得注意的是，在许多疾病治疗中，氧化应激损伤和细菌感染都是影响药物分子充分发挥药效、诱发局部炎症反应的关键因素之一。此外，根据疾病特征性指标实现动态给药，实时调控病理微环境也是进一步提高生物利用度和减小毒副作用的关键因素。因此，以生物相容性能优异的天然来源高分子为基础，通过功能化基团的修饰，制备出兼具有快速成胶、生物活性和智能响应性聚合物分子用于构建多功能水凝胶意义重大。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种水凝胶及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、一种水凝胶，所述水凝胶包括共价交联的天然多酚修饰的聚赖氨酸和苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖。

4、本发明中，天然多酚具有酚羟基结构，赋予水凝胶强抗氧化特性，使得水凝胶在应用时能调控创面活性氧自由基(ros)水平；聚赖氨酸具有正电性，可通过其正电吸附性递送不同种类的负电性药物分子；天然多酚修饰的聚赖氨酸和苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖通过共价交联可形成内部具有均一稳定三维网络结构的水凝胶，天然多酚中多酚基团与苯硼酸共价交联使其具备葡萄糖响应特性，避免了传统水凝胶中葡萄糖氧化酶和席夫碱组合下的葡萄糖响应释药中存在的葡萄糖氧化酶易降解等缺陷；该水凝胶具有优良的血液相容性，其浸提液不会引起任何红细胞溶血现象；具有强抗氧化活性和抗菌活性，在协同药物分子调控病理微环境方面极具应用前景，并在实现多功能一体化提高生物利用度方面极具潜力。

5、在本发明的一些实施方式中，所述共价交联为通过硼酸酯键共价连接。

6、在本发明的一些实施方式中，所述水凝胶通过原位光交联形成。苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖可发生原位光交联反应形成水凝胶基质。

7、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚修饰的聚赖氨酸和苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的质量比为1～10：1。本发明中，该质量比过大容易引起细胞毒性；该质量比过小会减弱其抗氧化效果。

8、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚修饰的聚赖氨酸中天然多酚与聚赖氨酸的摩尔比为1～20：1；如10：1。天然多酚类化合物含有苯酚基，具备强抗氧化性。

9、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚包括没食子酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、表儿茶素、儿茶素、茶多酚、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、芦丁、单宁酸的至少一种。

10、在本发明的一些实施方式中，所述苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖中，苯硼酸与甲基丙烯酸化壳聚糖的摩尔比为0.1～1：1。

11、本发明的第二个方面，提出了一种所述的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：避光条件下，向天然多酚修饰的聚赖氨酸和苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的溶液中加入光引发剂，紫外光照后制得所述的水凝胶。

12、本发明中，聚合物在光引发剂作用下即可发生原位交联反应，无需额外的加热或长时间冷却静置处理。

13、在本发明的一些实施方式中，所述紫外光照的时间为1s～500s，如10s～200s、30s～100s、40s～80s、50s、60s、70s。若紫外光照射的时间过长(＞500s)，则易破坏所负载的药物分子的活性；若紫外光照射的时间过短(＜1s)，则不能形成水凝胶。

14、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚修饰的聚赖氨酸的浓度为0.1～100mg/ml，如1～50mg/ml、5～30mg/ml、8mg/ml、9mg/ml、10mg/ml、15mg/ml、20mg/ml等。

15、在本发明的一些实施方式中，所述苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的浓度为0.1～100mg/ml，如1～50mg/ml、5～30mg/ml、8mg/ml、9mg/ml、10mg/ml、15mg/ml、20mg/ml等。本发明中，苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的浓度过高容易发生凝固现象，过低则无法形成水凝胶。

16、在本发明的一些实施方式中，所述光引发剂的质量体积浓度为0.1％～10％，如0.5％～1.5％、1.0％等。光引发剂的加入可以实现光交联，若光引发剂的质量体积浓度过大(＞10％)，则引入的杂质成分增加，降低了有效成分的比例；若光引发剂的质量体积浓度过小(＜0.1％)，则不能形成水凝胶。

17、在本发明的一些实施方式中，所述光引发剂为光引发剂2959。

18、在本发明的一些实施方式中，所述光引发剂采用乙醇溶解后再加入反应体系中。

19、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚修饰的聚赖氨酸的制备方法包括以下步骤：将天然多酚活化后，与聚赖氨酸溶液混合反应制得所述天然多酚修饰的聚赖氨酸。

20、在本发明的一些实施方式中，所述的活化采用催化剂进行；所述催化剂包括edc和nhs。

21、在本发明的一些实施方式中，将所述天然多酚和edc加入缓冲溶液中搅拌20～40min，再加入nhs，冰浴下继续搅拌0.5～1.5h，使天然多酚活化。

22、在本发明的一些实施方式中，所述混合反应的温度为18℃～35℃，时间为12h～24h。

23、在本发明的一些实施方式中，所述天然多酚修饰的聚赖氨酸的制备方法包括以下步骤：将所述天然多酚和edc加入缓冲溶液中搅拌20～40min，再加入nhs，冰浴下继续搅拌0.5～1.5h，再与聚赖氨酸溶液于18℃～35℃混合反应12h～24h，在去离子水中透析3～6d，冷冻干燥后制得所述天然多酚修饰的聚赖氨酸。

24、在本发明的一些实施方式中，所述苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的制备方法包括以下步骤：将苯硼酸活化后，与甲基丙烯酸化壳聚糖溶液混合反应，制得所述的苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖。

25、在本发明的一些实施方式中，将所述的苯硼酸和edc加入甲醇溶液搅拌20～40min，再加入nhs，冰浴下继续搅拌0.5～1.5h，使苯硼酸活化。

26、在本发明的一些实施方式中，所述苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖的制备方法包括以下步骤：将所述的苯硼酸和edc加入甲醇溶液搅拌20～40min，再加入nhs，冰浴下继续搅拌0.5～1.5h，再与甲基丙烯酸化壳聚糖溶液于18℃～35℃混合反应24h～48h，在去离子水中透析4～6d，冷冻干燥后制得所述的苯硼酸修饰的甲基丙烯酸化壳聚糖。

27、本发明的第三个方面，提出了一种药物组合物，包括所述的水凝胶。

28、在本发明的一些实施方式中，所述药物组合物包括以所述的水凝胶为载体和所载药物分子。

29、在本发明的一些实施方式中，所述药物分子为胰岛素、艾塞那肽、度拉糖肽、利拉鲁肽的至少一种。

30、本发明的第四个方面，提出了所述的水凝胶和/或所述的药物组合物在制备糖尿病创面修复材料中的应用。

31、在本发明的一些实施方式中，所述的糖尿病创面包括糖尿病皮肤溃疡创面，如糖尿病慢性皮肤溃疡创面。

32、本发明的有益效果是：

33、本发明的水凝胶内部三维多孔结构均一，且具有良好的血液相容性；可通过其正电性吸附可递送不同种类的负电性药物分子；具有优异的抗氧化活性和抗菌活性，在与药物分子协调调控病理微环境及建立新的联合疗法方面极具前景。

34、本发明水凝胶的制备方法简单，具有反应成胶性能好、制备工艺简单、易于实现和绿色安全等优势，可大规模推广应用，在制备功能化生物材料中具有优良的应用前景。