本发明涉及一种天然高分子基可注射水凝胶及其制备方法，更具体地说，是利用巯基化透明质酸(ha-sh)上的巯基和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)上的双键发生迈克尔加成反应的方法制备可注射水凝胶。
背景技术：
透明质酸作为一种天然来源的水凝胶材料，有着优良的生物相容性，目前已经较为成熟地应用于组织工程。但由于其理化性质不稳定，容易在体内分解代谢。
苯硼酸(pba)已被证明在药物负载方面有着优良的性能，其可通过与药物(例如：黄芪甲苷-as-iv)上的双醇结构结合使as-ⅳ获得较为牢固的结合，在偏酸性的环境下可破坏其共轭结构，从而促进as-ⅳ的缓释，此性能可应用于药物缓释。
聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)被认为是生物惰性的(“空白板岩”)，并且它的机械性质可以在大范围的模量上变化。pegda是用于组织工程和再生医学的新兴支架，可以作为基底修饰各种功能性单体。
pegda的双键与ha-sh的巯基的迈克尔加成反应的反应条件温和，反应速度快，快速成胶，方便原位注射。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，旨在利用pegda的双键与ha-sh的巯基发生迈克尔加成反应生成三维网络以制得天然高分子基可注射水凝胶。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种天然高分子基可注射水凝胶及其制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、苯硼酸(pba)、二硫化四乙基秋兰姆(ds)和偶氮二异丁腈(aibn)充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中，四者的摩尔比为30:(10-40):1:2，在无水无氧密封反应体系中和在油浴中聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)和苯硼酸(pba)进行raft聚合生成超支化聚合物(pegda-pba)；
(2)将步骤(1)制得的超支化聚合物(pegda-pba)的水溶液与巯基化透明质酸(ha-sh)的水溶液混合均匀，超支化聚合物(pegda-pba)与巯基化透明质酸(ha-sh)的质量比为(10-20)：1，充分反应以使超支化聚合物(pegda-pba)上的碳碳双键与巯基化透明质酸上的巯基发生迈克尔加成反应，形成共轭结构以生成三维网状立体聚合物。
步骤(1)中聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、苯硼酸(pba)、二硫化四乙基秋兰姆(ds)和偶氮二异丁腈(aibn)的摩尔比为30:20:1:2。
步骤(1)中采用二段式一锅法反应，先将聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、二硫化四乙基秋兰姆(ds)和偶氮二异丁腈(aibn)充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中反应3-5h；再加入苯硼酸(pba)，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中继续反应4-6h。
步骤(1)中反应结束后将体系冷却至室温，用体积比1:1的冰乙醚和正己烷混合溶液提纯反应液，再用冰乙醚洗涤下层析出液。
步骤(2)中超支化聚合物(pegda-pba)水溶液的质量百分浓度为10wt％，巯基化透明质酸(ha-sh)的水溶液的质量百分浓度为1wt％，二者按体积比1:1共混；通过涡旋搅拌使反应充分进行；成胶温度为室温，成胶时间为3-5min。
本发明的有益效果是：本发明的水凝胶制备方法简单，反应条件温和，制备得到的水凝胶生物相容性好，且可以通过控制超支化聚合物的固含量来调节水凝胶的强度，可以将本发明制备得到的天然高分子基可注射水凝胶应用于药物缓释、组织工程和再生医学等医学领域。
附图说明
图1为pegda-pba的1h-nmr谱图；
图2为10wt％的pegda-pba和1wt％的ha-sh所成凝胶的可注射示意图；
图3为10wt％的pegda-pba和1wt％的ha-sh所成凝胶的时间扫描曲线；
图4为10wt％的pegda-pba和1wt％的ha-sh所成凝胶的频率扫描曲线。
具体实施方式
下面是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
下述实施例中根据pegda-700的数均分子量700和各个组分的摩尔比来确定其取料的质量。
实施例1
以ds:aibn:pegda:pba＝1:2:30:20摩尔比为例，说明本发明的天然高分子基可注射水凝胶及其制备方法：
称取0.148gds、0.164gaibn、1.05gpegda-700于50ml烧瓶，用30mldmf充分溶解原料；密封反应体系，利用真空氮气系统反复抽真空通氮气两到三次，保证反应体系无水无氧，80℃油浴4h；向反应体系中补加0.148gpba，再次反复抽真空通氮气，80℃油浴5h；反应结束后，将反应体系冷却至室温；用体积比1:1的冰乙醚和正己烷提纯反应液2-3遍，静置后下层析出粘稠状液体；将下层液体再次用冰乙醚洗涤2-3遍，至上层乙醚洗液澄清透明；移去上层乙醚，将下层浅黄色胶状产物置于小玻璃瓶中，覆上扎有小孔的保鲜膜，静置2-3天使乙醚挥发获得聚合物，放置于-20℃条件下储存。
将pegda-pba配制成10wt％的水溶液，将ha-sh配制成1wt％的水溶液，按照体积比1:1共混，涡旋搅拌得到凝胶。
实施例2
以ds:aibn:pegda:pba＝1:2:30:40摩尔比为例，说明本发明的天然高分子基可注射水凝胶及其制备方法：
称取0.148gds、0.164gaibn、1.05gpegda-700于50ml烧瓶，用30mldmf充分溶解原料；密封反应体系，利用真空氮气系统反复抽真空通氮气两到三次，保证反应体系无水无氧，80℃油浴4h；向反应体系中补加0.296gpba，再次反复抽真空通氮气，80℃油浴5h；反应结束后，将反应体系冷却至室温；用体积比1:1的冰乙醚和正己烷提纯反应液2-3遍，静置后下层析出粘稠状液体；将下层液体再次用冰乙醚洗涤2-3遍，至上层乙醚洗液澄清透明；移去上层乙醚，将下层浅黄色胶状产物置于小玻璃瓶中，覆上扎有小孔的保鲜膜，静置2-3天使乙醚挥发获得聚合物，放置于-20℃条件下储存。
将pegda-pba配制成10wt％的水溶液，将ha-sh配制成1wt％的水溶液，按照体积比1:1共混，涡旋搅拌得到凝胶。
实施例3
以ds:aibn:pegda:pba＝1:2:30:10摩尔比为例，说明本发明的天然高分子基可注射水凝胶及其制备方法：
称取0.148gds、0.164gaibn、1.05gpegda-700于50ml烧瓶，用30mldmf充分溶解原料；密封反应体系，利用真空氮气系统反复抽真空通氮气两到三次，保证反应体系无水无氧，80℃油浴4h；向反应体系中补加0.074gpba，再次反复抽真空通氮气，80℃油浴5h；反应结束后，将反应体系冷却至室温；用体积比1:1的冰乙醚和正己烷提纯反应液2-3遍，静置后下层析出粘稠状液体；将下层液体再次用冰乙醚洗涤2-3遍，至上层乙醚洗液澄清透明；移去上层乙醚，将下层浅黄色胶状产物置于小玻璃瓶中，覆上扎有小孔的保鲜膜，静置2-3天使乙醚挥发获得聚合物，放置于-20℃条件下储存。
将pegda-pba配制成10wt％的水溶液，将ha-sh配制成1wt％的水溶液，按照体积比1:1共混，涡旋搅拌得到凝胶。
利用1hnmr对本发明实施例1制得的超支化聚合物pegda-pba的化学结构进行表征，由图1可见，在7.5-8ppm之间存在强烈的化学位移，这是来自于大量接枝的pba苯环的质子信号，由此证明pba已成功接枝于pegda上，即超支化聚合物pegda-pba成功合成；而6.0-6.5ppm附近的双键峰说明制得的超支化聚合物pegda-pba作为交联剂仍保有可发生迈克尔加成反应的碳碳双键。
由图2可直观地看到本发明实施例1制得的天然高分子基水凝胶具有可注射性。
本发明还对实施例1制备得到的水凝胶的流变性能进行了测试。图3是10wt％的pegda-pba和1wt％的ha-sh所成凝胶的时间扫描曲线，测试条件为：37℃，加硅油保水,1％应变，测试15min。由图3结果可以看出，g’和g”在170s时有一个交点，这表明此时发生了溶胶-凝胶转变，之后保持凝胶状态。除此之外，该凝胶在进行的15min的时间扫描测试下，成胶后，随着时间的延长，凝胶强度逐渐增加，在测试条件下的最终强度为280pa，此强度利于凝胶注射。图4为10wt％的pegda-pba和1wt％的ha-sh所成凝胶的频率扫描曲线，测试条件为37℃，加硅油保水，1％应变，频率范围为0-100rad/s。在时间扫描测试结束后，不换样品继续进行频率扫描。由图4结果可以看出，该凝胶随着频率的增加，基本能维持凝胶状态，这说明，我们的凝胶不易被破坏。由此证明，本发明制备得到的水凝胶具有可注射性。
以同样的方法对本发明其他实施例制备得到样品进行相关测试，可得到相似的测试结果。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现天然高分子基可注射水凝胶的制备，且表现出与本发明实施例基本一致的性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
1.一种天然高分子基可注射水凝胶，其特征在于：由以下步骤制备得到：
(1)将聚乙二醇二丙烯酸酯、苯硼酸、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，四者的摩尔比为30:(10-40):1:2，在无水无氧密封反应体系中和在油浴中聚乙二醇二丙烯酸酯和苯硼酸进行raft聚合生成超支化聚合物；
(2)将步骤(1)制得的超支化聚合物的水溶液与巯基化透明质酸的水溶液混合均匀，超支化聚合物与巯基化透明质酸的质量比为(10-20)：1，充分反应以使超支化聚合物上的碳碳双键与巯基化透明质酸上的巯基发生迈克尔加成反应，形成共轭结构以生成三维网状立体聚合物。
2.根据权利要求1所述的天然高分子基可注射水凝胶，其特征在于：步骤(1)中聚乙二醇二丙烯酸酯、苯硼酸、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈的摩尔比为30:20:1:2。
3.根据权利要求1所述的天然高分子基可注射水凝胶，其特征在于：步骤(1)中采用二段式一锅法反应，先将聚乙二醇二丙烯酸酯、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中反应3-5h；再加入苯硼酸，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中继续反应4-6h。
4.根据权利要求1所述的天然高分子基可注射水凝胶，其特征在于：步骤(1)中反应结束后将体系冷却至室温，用体积比1:1的冰乙醚和正己烷混合溶液提纯反应液，再用冰乙醚洗涤下层析出液。
5.根据权利要求1所述的天然高分子基可注射水凝胶，其特征在于：步骤(2)中超支化聚合物水溶液的质量百分浓度为10wt％，巯基化透明质酸(ha-sh)的水溶液的质量百分浓度为1wt％，二者按体积比1:1共混；通过涡旋搅拌使反应充分进行；成胶温度为室温，成胶时间为3-5min。
6.一种天然高分子基可注射水凝胶制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇二丙烯酸酯、苯硼酸、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，四者的摩尔比为30:(10-40):1:2，在无水无氧密封反应体系中和在油浴中聚乙二醇二丙烯酸酯和苯硼酸进行raft聚合生成超支化聚合物；
(2)将步骤(1)制得的超支化聚合物的水溶液与巯基化透明质酸的水溶液混合均匀，超支化聚合物与巯基化透明质酸的质量比为(10-20)：1，充分反应以使超支化聚合物上的碳碳双键与巯基化透明质酸上的巯基发生迈克尔加成反应，形成共轭结构以生成三维网状立体聚合物。
7.根据权利要求6所述的天然高分子基可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中聚乙二醇二丙烯酸酯、苯硼酸、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈的摩尔比为30:20:1:2。
8.根据权利要求6所述的天然高分子基可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中采用二段式一锅法反应，先将聚乙二醇二丙烯酸酯、二硫化四乙基秋兰姆和偶氮二异丁腈充分溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中反应3-5h；再加入苯硼酸，在无水无氧密封反应体系中和在70-90℃油浴中继续反应4-6h。
9.根据权利要求6所述的天然高分子基可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中反应结束后将体系冷却至室温，用体积比1:1的冰乙醚和正己烷混合溶液提纯反应液，再用冰乙醚洗涤下层析出液。
10.根据权利要求6所述的天然高分子基可注射水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中超支化聚合物水溶液的质量百分浓度为10wt％，巯基化透明质酸(ha-sh)的水溶液的质量百分浓度为1wt％，二者按体积比1:1共混；通过涡旋搅拌使反应充分进行；成胶温度为室温，成胶时间为3-5min。
技术总结