CN109180970A - 一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法，包括以下步骤：S1将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，在一定温度下，加入多巴胺搅拌得到共混溶液，然后加入柠檬酸，搅拌使其混合均匀；S2将溶液置于低温环境下，使其快速降温，然后加入催化剂进行酰胺化交联反应得到水凝胶；S3洗涤交联后的凝胶至pH为中性。本发明的有益效果：1、本发明利用柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺，采用一锅法制生物相容性良好，无毒可降解的水凝胶；2、本发明形成的水凝胶有理想的孔隙结构和力学性能，为壳聚糖基水凝胶的应用提供了良好的设计思路。

Description

一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于水凝胶制备领域，特别涉及一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法。
背景技术
壳聚糖是自然界中唯一一种碱性多糖，具有生物相容性好，无毒，可生物降解，广泛应用于创伤组织修复，皮肤修复以及神经修复，药物控释载体，且在这些领域取得了良好的效果，作为生物医用材料，可以制备为水凝胶为组织工程提供水凝胶支架。
多巴胺是一种神经递质，单体又名4-(2-乙胺基)苯-1，2-二酚，同时具有儿茶酚官能团与氨基，多巴胺能够提高材料的生物相容性和细胞粘附性，降低炎症反应，减弱血液的免疫反应，使其作为生物材料应用广泛。
柠檬酸是一种三元酸，在生物体内对细胞能量代谢具有很好的调控作用，具有抗氧化和抗炎症能力，同时也是一种生物无毒的交联剂，利用柠檬酸的羧基与壳聚糖和多巴胺的氨基采用一锅法形成水凝胶，形成的水凝胶具有理想的孔隙结构和力学性能。
水凝胶是一种不溶于水的高度交联亲水聚合具有的水凝胶物，水凝胶具有高水含量，其水凝胶的多孔结构有利于体内外组织液进行交换，同时能够为细胞粘附和长入提供支架。水凝胶是一种类软组织材料，常用作皮肤损伤修复、脊髓损伤修复的材料，具有很大的作用效果和应用前景，目前壳聚糖水凝胶应用于脊髓损伤已有研究，但并不能解决脊髓损伤后的二次炎症问题，而柠檬酸根和多巴胺的引入可以有效的减轻脊髓损伤后二次炎症反应，为受损区域提供良好的微环境，进一步促进脊髓损伤的修复。
发明内容
本发明涉及一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法，能够快速得到一种生物相容性良好的水凝胶，其具有理想的孔隙结构和力学性能，并且具有抗氧化能力，用于脊髓损伤可以抑制瘢痕形成的同时能够减轻脊髓损伤后二次损伤的炎症反应。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，在一定温度下，加入多巴胺搅拌得到共混溶液，然后加入柠檬酸，搅拌使其混合均匀；
S2将溶液置于低温环境下，使其快速降温，然后加入催化剂进行酰胺化交联反应得到水凝胶；
S3洗涤交联后的凝胶至pH为中性。
按上述方案，步骤S1中温度为40～70℃；搅拌时间是0.5～3小时。
按上述方案，步骤S1中乙酸溶液体积分数为1％～2％，壳聚糖添加量为乙酸溶液的3wt％～4wt％。
按上述方案，步骤S1中柠檬酸、壳聚糖的质量比例为1：6～12。
按上述方案，步骤S1中柠檬酸和多巴胺的摩尔比为1:0～3。
按上述方案，步骤S2中所加入催化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/N-N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)、京尼平和戊二醛中的一种。
按上述方案，步骤S2中反应温度为4℃～25℃。
按上述方案，步骤S3中洗涤所用试剂为水、乙醇或碱性溶液。
一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，其特征在于：应用上述任一项制备方法制得。
本发明反应机理：本反应采用一锅法制备水凝胶，其反应原理是柠檬酸作为一种交联剂，含有三个羧基基团，壳聚糖和多巴胺上都有氨基基团，在催化剂的作用下发生酰胺反应，最终得到水凝胶。
本发明的有益效果：
1、本发明利用柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺，采用一锅法制生物相容性良好，无毒可降解的水凝胶；
2、本发明形成的水凝胶有理想的孔隙结构和力学性能，为壳聚糖基水凝胶的应用提供了良好的设计思路。
附图说明
图1为本发明实施例1的柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺水凝胶的红外光谱图；
图2为本发明实施例1的柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺水凝胶的紫外光谱图；
图3为本发明实施例7的柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺水凝胶冷冻干燥后的扫描电镜图；
图4为本发明实施例8的柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的压缩性能测试图；
图5为本发明的水凝胶对DPPH自由基清除实验图。
具体实施方式
下面通过具体实施对本发明进行进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂均为市售的化学纯的化学试剂。
实施例1
将1.2g壳聚糖溶于40ml的1％乙酸溶液中得到3wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至40℃，加入0.1806g多巴胺搅拌0.5h，加入0.2g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/1，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4，℃加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在NaOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终水凝胶，其pH为中性。
如图1所示的红外光谱图，在1640cm-1处和1570cm-1对应着-CO-NH-的伸缩振动吸收峰，表明在添加了柠檬酸之后发生酰胺反应，生成酰胺基团，而图2的紫外光谱图，与单独的壳聚糖相比，合成的水凝胶在280nm处出现很明显的多巴胺特征峰，表明多巴胺接枝到水凝胶上了。
实施例2
将1.2g壳聚糖溶于30ml的1％乙酸溶液中得到3wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至40℃，加入0.3612g多巴胺搅拌0.5h，加入0.2g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/2，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4，℃加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在NaOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
实施例3
将1.2g壳聚糖溶于30ml的1％乙酸溶液中得到3wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至40℃，加入0.5418g多巴胺搅拌0.5h，加入0.2g柠檬酸，所得溶液壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/3，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4，℃加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在NaOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
实施例4
将1.2g壳聚糖溶于40ml的2％乙酸溶液中得到3wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至70℃，加入0.0903g多巴胺搅拌0.5h，加入0.1g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为12/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/1，待其溶解完全且混合均匀后，在常温下加入戊二醛，倒入模具中，进行催化交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在NaOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
实施例5
将1.2g壳聚糖溶于30ml的1.5％乙酸溶液中得到4wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至60℃，加入0.2g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/0，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4，℃加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在PBS溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
实施例6
将1.2g壳聚糖溶于40ml的1％乙酸溶液中得到3wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至40℃，加入0.5418g多巴胺搅拌0.5h，加入0.2g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/3，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至25℃，加入京尼平，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在KOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
实施例7
将1.2g壳聚糖溶于30ml的2％乙酸溶液中得到4wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至70℃，加入0.2709g多巴胺搅拌0.5h，加入0.1g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为12/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/3，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4℃，加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在KOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
如图3所示，将所得水凝胶进行冷冻干燥，然后拍摄电镜扫描，从图中可以看出水凝胶具有良好的孔隙结构。
实施例8
将1.2g壳聚糖溶于30ml的1％乙酸溶液中得到4wt％的壳聚糖溶液，在磁力搅拌下溶解，升温至60℃，加入0.2709g多巴胺搅拌0.5h，加入0.15g柠檬酸，所得溶液中，壳聚糖和柠檬酸的比例为6/1，柠檬酸与多巴胺的摩尔比例为1/2，待其溶解完全且混合均匀后，迅速降低温度至4，℃加入EDC/NHS，倒入模具中，进行催化酰胺交联反应得到柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，分别在KOH溶液、乙醇和去离子水中洗涤三次，得到最终pH为中性水凝胶。
如图4所示，是水凝胶的压缩性能测试图，可以从图中看出，水凝胶具有良好的抗压性能。
如图5所示，是含有不同含量多巴胺的水凝胶对DPPH自由基的清除实验图，其中CS组是单独的壳聚糖水凝胶组，CS-CA-DA1,CS-CA-DA2,CS-CA-DA3分别为本发明实施例1,2和3所制备的水凝胶，可以看出随着多巴胺的加入，对自由基的清除比例增加，这表明材料的抗氧化性能增加。
本发明公开了柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺水凝胶及其制备方法，本领域相关技术人员可借鉴本文内容，适当改变材料和路线等环节实现，本发明的材料和方法仅介绍部分重要实验和部分典型实施例阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，在一定温度下，加入多巴胺搅拌得到共混溶液，然后加入柠檬酸，搅拌使其混合均匀；
S2将溶液置于低温环境下，使其快速降温，然后加入催化剂进行酰胺化交联反应得到水凝胶；
S3洗涤交联后的凝胶至pH为中性。
2.根据权利1要求所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中温度为40～70℃；搅拌时间是0.5～3小时。
3.根据权利1要求所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中乙酸溶液体积分数为1％～2％，壳聚糖添加量为乙酸溶液的3wt％～4wt％。
4.根据权利1要求所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中柠檬酸、壳聚糖的质量比例为1：6～12。
5.根据权利1要求所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中柠檬酸和多巴胺的摩尔比为1:0～3。
6.根据权利1要求所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中所加入催化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/N-N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)、京尼平和戊二醛中的一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中反应温度为4℃～25℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中洗涤所用试剂为水、乙醇或碱性溶液。
9.一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶，其特征在于：应用权利要求1～8的任一项制备方法制得。
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