專利名稱：聚多糖納米粒復合超分子水凝膠及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種納米技術(shù)領(lǐng)域的材料及制備方法，具體涉及一種具有生 物相容性的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠及制備方法。
技術(shù)背景環(huán)糊精(CD)是主客體化學中一類重要的主體分子，a-CD包合泊洛沙姆(聚 氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯)形成剛性棒狀的聚準多輪烷結(jié)構(gòu)，聚準多輪 烷的自聚集能夠作為物理交聯(lián)點誘導注射型超分子水凝膠的形成，并且環(huán)糊精與 嵌段聚合物客體分子間的立體選擇性以及聚準輪烷分子動態(tài)可逆特征賦予了水 凝膠凝膠一溶膠可逆轉(zhuǎn)變性質(zhì)。這類超分子水凝膠是環(huán)糊精包合聚合物形成的最 具有應(yīng)用價值的材料之一，基于其良好的生物相容性可用于藥物傳遞和組織工 程。聚多糖納米粒(如纖維素晶須、甲殼素晶須、淀粉納米晶)除了具有納米材 料所特有的性質(zhì)，如粒徑小、高表面活性、高比表面積等納米尺度效應(yīng)，而且其 本征剛性結(jié)構(gòu)顯示出高的特征強度和模量，可以有助于提高水凝膠的力學性能。 同時，聚多糖納米粒具有生物降解性和生物相容性，能避免無機納米粉體所引發(fā) 的關(guān)于納米安全性和對人體健康影響的爭議，可望減少無機納米粒子服役后造成 的堆積，此外，聚多糖納米粒因表面富含活性羥基、氨基以及部分乙酰氨基，能 較容易地經(jīng)過化學改性或物理改性制備出具有更好的生物相容性及功能化的復 合醫(yī)用材料用于藥物的緩控釋。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前已合成了一種復合單壁碳納米管超分子水 凝膠。通過雜化單壁碳納米管于可以加快水凝膠的形成，但同時單壁碳納米管的 引入會使得水凝膠最終強度下降(Wang， Z.; Chen, Y. Supramolecular Hydrogels Hybridized with Single-Walled Carbon Nanotubes. Macro腳/ecw/es 2007, 鐵 3402-3407)。但上述技術(shù)合成水凝膠的過程較為復雜，且合成后所得到水凝膠的 粘度和儲能模量較低。眾所周知，水凝膠的高強度能在一定程度上予以調(diào)控是其 作為植入組織工程材料和藥物控制釋放載體的關(guān)鍵，因此急需在增強這類基于環(huán) 糊精包合作用的超分子水凝膠方面探索出合適的方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種聚多糖納米粒復合超分子水 凝膠及制備方法，制備獲得的水凝膠相比現(xiàn)有技術(shù)其粘度達到3到4倍的提升， 同時該水凝膠的儲能模量也分別的提升8.7倍以上，整套制備方法安全簡單，易 于實施。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及聚多糖納米粒復合超分子水凝膠，其組分及質(zhì)量百分比分別為-0. 01% 5%聚多糖納米粒、5% 20%ct-環(huán)糊精，余量為水。所述的聚多糖納米粒是指纖維素晶須、甲殼素品須、淀粉納米晶中的一種。所述的纖維素晶須是指纖維素的單晶纖維。 所述的甲殼素晶須是指甲殼素的單晶纖維。所述的淀粉納米晶是指淀粉經(jīng)酸水解制得的片狀淀粉納米晶。 本發(fā)明涉及聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，包括以下步驟 第一步、向聚多糖納米粒中依次加入聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯 (泊洛沙姆)和去離子水并攪拌均勻，制得聚多糖懸浮溶液；所述的聚多糖懸浮溶液中泊洛沙姆的質(zhì)量百分比濃度為10 200mg/mL。 所述的泊洛沙姆的分子量為3400 14600，其中聚氧化乙烯的含量為25 82. 5%。所述的聚多糖納米粒是指2 1000mg的纖維素晶須、甲殼素晶須、淀粉納 米晶中的一種。第二步、將聚多糖懸浮溶液與(x-環(huán)糊精水溶液混合后進行超聲處理，最后 靜置得到聚多糖納米粒復合超分子水凝膠。所述的a-環(huán)糊精水溶液是指質(zhì)量百分比濃度為80 180mg/mL的a-環(huán)糊精 的水溶液。所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠中聚多糖納米粒的質(zhì)量百分比濃度 為0. 01% 5%。所述的超聲處理是指在超聲輸出功率為60 100w，輸出頻率為20 40kHz 的環(huán)境下超聲分散3 30min。本發(fā)明制得的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠具有剪切變稀的性質(zhì)，適合應(yīng) 用于注射植入材料、組織工程以及藥物傳遞領(lǐng)域，通過加載聚多糖納米粒能夠進一步提高其粘度和儲能模量，調(diào)控水凝膠的力學性能，拓展了物理水凝膠的應(yīng)用 范圍。同時本發(fā)明制備方法歩驟簡單易于操作。


圖1為實施例l透射電鏡照片。圖2為實施例1中水凝膠形成過程示意圖。圖3為實施例2和實施例3中纖維素晶須復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流變行為示意圖； 其中a為纖維素晶須質(zhì)量濃度O. lwt。/。復合超分子水凝膠，b為纖維素晶須質(zhì)量濃度0. 5wty。復合超分子水凝膠。圖4為實施例2和實施例3中纖維素晶須復合水凝膠動態(tài)流變行為示意圖； 其中a為纖維素晶須質(zhì)量濃度O. lwt。/。復合超分子水凝膠，b為纖維素晶須 質(zhì)量濃度0. 5wtM復合超分子水凝膠。 圖5為實施例4透射電鏡照片。 圖6為實施例4中水凝膠形成過程示意圖。圖7為實施例5和實施例6中淀粉納米晶復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流變行為示意圖； 其中a為淀粉納米晶質(zhì)量濃度O. lwty。復合超分子水凝膠，b為淀粉納米晶質(zhì)量濃度0. 5wt。/。復合超分子水凝膠。圖8為實施例5和實施例6中淀粉納米晶復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流變行為示意圖； 其中a為淀粉納米晶質(zhì)量濃度O. lwt。/。復合超分子水凝膠，b為淀粉納米晶質(zhì)量濃度0. 5wty。復合超分子水凝膠。 圖9為實施例7中透射電鏡照片。圖10為實施例8和實施例9中甲殼素晶須復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流變行為示意圖； 其中a為甲殼素晶須質(zhì)量濃度0.1wt。/。復合超分子水凝膠，b為甲殼素晶須質(zhì)量濃度0. 5機％復合超分子水凝膠。圖11為實施例8和實施例9中甲殼素晶須復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流變行為示意圖； 其中a為甲殼素晶須質(zhì)量濃度O. lwty。復合超分子水凝膠，b為甲殼素晶須質(zhì)量濃度0. 5wty。復合超分子水凝膠。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為甜提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。實施例1制備纖維素晶須納米粒復合超分子水凝膠制備纖維素晶須首先準確稱取20.0 g棉短絨(CLP)，置于三頸瓶中，然 后再加入配制好的30% (V/V)的H2S04溶液175mL，使體系分散均勻。將溫度升至60T穩(wěn)定，攪拌速度以使棉短絨自然分散為宜，如此攪拌降解 反應(yīng)6h，降解完全后將三頸瓶內(nèi)白色產(chǎn)物倒入離心管內(nèi)，再加蒸餾水調(diào)節(jié)各離 心管質(zhì)量，待平衡后放入離心機，以8000 rpm速率離心15 min以除去多余H2SO。 反復離心除酸至PH-7。將整個產(chǎn)物倒入透析袋中先于去離子水中透析1天，后 置于蒸餾水中透析2-3天。將透析后的物質(zhì)經(jīng)高速分散器中速(10000r/min)分 散三次。懸浮液通過冷凍干燥成粉待用。第一步、向纖維素晶須4mg中依次加入分子量為14600，聚氧化乙烯的含量 為82.5%的泊洛沙姆200mg和去離子水lOmL并攪拌均勻，制得質(zhì)量濃度為 0.04wt。/。的纖維素晶須懸浮溶液第二步、取a-環(huán)糊精1.8g，加水10mL，形成a-環(huán)糊精水溶液；第三步、將纖維素晶須的懸浮溶液與(x-環(huán)糊精水溶液混合，此時纖維素晶 須在混合水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 02wt%，超聲3min，靜置70min后得纖維素晶 須復合超分子水凝膠。如圖1所示，為本實施例制備得到的纖維素晶須的生物質(zhì)納米粒的透射電鏡 照片。如圖2所示，分別為a超聲3min后混合溶液的狀態(tài)，b靜置25min時混合 溶液的狀態(tài)，c出靜置70min后制得的纖維素晶須復合超分子水凝膠。纖維素晶須納米粒復合超分子水凝膠具有傳統(tǒng)水凝膠剪切變稀的性質(zhì)，復合 纖維素晶須納米粒可以加快水凝膠的形成速度，并且在一定程度提高水凝膠的強 度，可用于藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域。實施例2:用加纖維素晶須20mg替代實施例1中加纖維素晶須4mg，此時形成質(zhì)量濃 度為0.2wty。的纖維素晶須懸浮溶液，此時纖維素晶須在混合水溶液中的質(zhì)量濃 度為0. lwt%。其余步驟與實施例1相同。實施例3:用加纖維素晶須100mg替代實施例1中加纖維素晶須4mg，此時形成質(zhì)量濃 度為lwt。/。的纖維素晶須懸浮溶液，此時纖維素晶須在混合水溶液中的質(zhì)量濃度6為0. 5wt%。其余歩驟與實施例1相同。如圖3所示，為纖維素晶須質(zhì)量濃度分別為O. 1， 0. 5wt。/。復合水凝膠的穩(wěn)態(tài) 流變行為；如圖4所示，為纖維素品須質(zhì)量濃度分別為0. 1， 0. 5wt。/。復合水凝膠的動態(tài) 流變行為。實施例4制備淀粉納米晶復合超分子水凝膠制備淀粉納米晶將4.69 g的豌豆淀粉分散于100 mL的3.16 M H2S04中， 然后于40 。C、 100 rpm條件下反應(yīng)5天。然后所得的懸浮液通過反復的水洗、 離心至中性，即得淀粉納米晶懸浮液，最后將淀粉納米晶懸浮液通過冷凍干燥成 粉制成淀粉納米晶待用。第一步、向淀粉納米晶4mg中依次加入分子量為14600，聚氧化乙烯的含量 為82. 5%的泊洛沙姆200mg和去離子水10mL并攪拌均勻，制成質(zhì)量濃度為 0. 04wty。的淀粉納米晶懸浮溶液；第二步、取a-環(huán)糊精1.8g，加水10mL，形成a-環(huán)糊精水溶液；第三步、將淀粉納米晶的懸浮溶液與a-環(huán)糊精水溶液混合，此時淀粉納米 晶在混合水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 02wt%，超聲3min，靜置90min后得纖維素晶 須復合超分子水凝膠。如圖5所示，為制備得到的淀粉納米晶的生物質(zhì)納米粒的透射電鏡照片；如圖6所示，分別為圖6A超聲3min后混合溶液的狀態(tài)，圖6B靜置25min 時混合溶液的狀態(tài)，圖6C靜置90min后制得的淀粉納米晶復合超分子水凝膠。淀粉納米晶納米粒復合超分子水凝膠具有傳統(tǒng)水凝膠剪切變稀的性質(zhì)，復合 淀粉納米晶納米?？梢约涌焖z的形成速度，并且在一定程度提高水凝膠的強 度，可用于藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域。實施例5:用加淀粉納米晶20mg替代實施例4中加淀粉納米晶4mg，此時形成質(zhì)量濃 度為0.2wty。的淀粉納米晶懸浮溶液，此時淀粉納米晶在混合水溶液中的質(zhì)量濃 度為O. lwt%。其余步驟與實施例4相同。實施例6:用加淀粉納米晶100mg替代實施例4中加淀粉納米晶4mg，此時形成質(zhì)量濃 度為lwt。/。的淀粉納米晶懸浮溶液，此時淀粉納米品在混合水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 5wt%。其余步驟與實施例4相同。如圖7所示，為淀粉納米晶質(zhì)量濃度分別為O. 1， 0. 5wt"/。復合水凝膠穩(wěn)態(tài)流 變行為。如圖8所示，為淀粉納米晶質(zhì)量濃度分別為O. 1， 0. 5wt。/。復合水凝膠動態(tài)流 變行為。實施例7制備甲殼素晶須納米粒復合超分子水凝膠制備甲殼素晶須甲殼素在沸騰的5 wt% KOH溶液中攪拌6小時除去蛋白 質(zhì)；得到的懸浮液在室溫下攪拌一夜，過濾，用蒸餾水洗滌數(shù)次；用含0.3M的 乙酸鈉緩沖液的17g/L的NAC102水溶液在80。C下漂白6小時。懸浮液在5 wt%KOH溶液中保持48小時除去殘留的蛋白質(zhì)。之后在3600轉(zhuǎn)/分的離心機中 離心15分鐘，甲殼素晶須的制備，3N/30mLHCl對應(yīng)lg甲殼素在沸騰狀態(tài)下酸 解，攪拌90分鐘。將所得的混濁液用蒸餾水稀釋，再次離心3600轉(zhuǎn)/分15分鐘 (3次)。之后將混濁液在流水中透析2小時再在蒸餾水中透析過夜，直到PH值 達到4。懸浮液通過冷凍干燥成粉待用。第一步、向甲殼素晶須4mg中依次加入分子量為14600，聚氧化乙烯的含量 為82.5%的泊洛沙姆200mg和去離子水10mL并攪拌均勻，形成質(zhì)量濃度為 0. 04wt呢的甲殼素晶須懸浮溶液；第二步、取a-環(huán)糊精1.8g，加水10mL，形成a-環(huán)糊精水溶液； 第三歩、將甲殼素晶須的懸浮溶液與a-環(huán)糊精水溶液混合，此時甲殼素晶 須在混合水溶液中的質(zhì)量濃度為0. 02wt%，超聲3min，靜置90min后得甲殼素晶 須復合超分子水凝膠。如圖9所示，為制備的甲殼素晶須的聚多糖納米粒的透射電鏡照片； 如圖10所示，為甲殼素晶須質(zhì)量濃度分別為0.1， 0.5機％復合水凝膠穩(wěn)態(tài) 流變行為。如圖11所示，為甲殼素晶須質(zhì)量濃度分別為0.1， 0. 5wt。/。復合水凝膠動態(tài) 流變行為。甲殼素晶須納米粒復合超分子水凝膠具有傳統(tǒng)水凝膠剪切變稀的性質(zhì)，復合 甲殼素晶須納米?？梢约涌焖z的形成速度，并且在一定程度提高水凝膠的強 度，可用于藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域。實施例8:用加甲殼素晶須20mg替代實施例7中加甲殼素晶須4mg，此時形成質(zhì)量濃度為 0.2wtW的甲殼素晶須懸浮溶液，此時甲殼素晶須在混合水溶液中的質(zhì)量濃度為 0. lwt%。其余步驟與實施例7相同。
實施例9:
用加甲殼素晶須100mg替代實施例7中加甲殼素晶須4mg，此時形成質(zhì)量濃 度為lwt"/。的甲殼素晶須懸浮溶液，此時甲殼素晶須在混合水溶液中的質(zhì)量濃度 為0. 5wt%。其余步驟與實施例7相同。
實施例10:
用超聲10min，替代實施例1中的超聲3min，其余步驟與實施例1相同。 實施例11:
用取分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的泊洛沙姆150mg和取a-環(huán)糊精1. 35g替代實施例1中的分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的 泊洛沙姆200mg和取a-環(huán)糊精1. 8g，其余步驟與實施例1相同。
實施例12:
用取分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的泊洛沙姆150mg和取a-環(huán)糊精1. 35g替代實施例2中的分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的 泊洛沙姆200mg和取a-環(huán)糊精1. 8g，其余步驟與實施例2相同。
實施例13:
用取分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的泊洛沙姆150mg和取a-環(huán)糊精1. 35g替代實施例3中的分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的 泊洛沙姆200mg和取a-環(huán)糊精1. 8g，其余步驟與實施例3相同。
降低a-環(huán)糊精用量制備的復合超分子水凝膠同樣具有傳統(tǒng)水凝膠剪切變稀 的性質(zhì)，但減緩了復合纖維素晶須納米粒水凝膠的形成速度，同時在一定程度減 低了水凝膠的強度，可用于藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域。
實施例14:
用取分子量為3400，聚氧化乙烯的含量為25%的泊洛沙姆替代實施例1中的 分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的泊洛沙姆其余步驟與實施例1相 同。
實施例15:
用取分子量為8400，聚氧化乙烯的含量為80%的泊洛沙姆替代實施例1中的分子量為14600，聚氧化乙烯的含量為82. 5%的泊洛沙姆其余步驟與實施例1相 同。
取用分子量較小以及聚氧化乙烯含量較少的泊洛沙姆制備的復合超分子水 凝膠同樣具有傳統(tǒng)水凝膠剪切變稀的性質(zhì)，但復合纖維素晶須納米粒水凝膠的形 成速率明顯減緩，同時水凝膠的強度在一定程度下降，可用于藥物傳遞和組織工 程等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1、一種聚多糖納米粒復合超分子水凝膠，其特征在于，該水凝膠的組分及質(zhì)量百分比分別為0.01％～5％聚多糖納米粒、5％～20％α-環(huán)糊精，余量為水。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠，其特征是，所 述的聚多糖納米粒是指纖維素晶須、甲殼素晶須、淀粉納米晶中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠，其特征是，所述的淀粉納米晶是指淀粉經(jīng)酸水解制得的片狀淀粉納米晶。
4、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、向聚多糖納米粒中依次加入聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯，即泊洛沙姆，和去離子水并攪拌均勻，制得聚多糖懸浮溶液；第二步、將聚多糖懸浮溶液與ot-環(huán)糊精水溶液混合后進行超聲處理，最后靜置得到聚多糖納米粒復合超分子水凝膠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，其 特征是，所述的聚多糖懸浮溶液中泊洛沙姆的質(zhì)量百分比濃度為10 200mg/mL。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法， 其特征是，所述的泊洛沙姆的分子量為3400 14600，其中聚氧化乙烯的含量為 25 82. 5%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，其 特征是，所述的a-環(huán)糊精水溶液是指質(zhì)量百分比濃度為80 180mg/mL的a-環(huán)糊精的水溶液。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，其 特征是，所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠中聚多糖納米粒的質(zhì)量百分比濃 度為0. 01% 5%。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠的制備方法，其 特征是，所述的超聲處理是指在超聲輸出功率為60 100w，輸出頻率為20 40kHz的環(huán)境下超聲分散3 30min。
全文摘要
一種生物醫(yī)學材料技術(shù)領(lǐng)域的生物質(zhì)聚多糖納米粒復合超分子水凝膠及制備方法，其組分及質(zhì)量百分比分別為0.01％～5％生物質(zhì)聚多糖納米粒、5％～20％α-環(huán)糊精，余量為水。本發(fā)明制得的聚多糖納米粒復合超分子水凝膠具有剪切變稀的性質(zhì)，能作為注射植入材料，可望用于組織工程、藥物傳遞等方面；聚多糖納米粒能夠在一定程度上調(diào)控水凝膠的力學性能，拓展了物理水凝膠的應(yīng)用范圍。
文檔編號C08L5/16GK101608029SQ20091005459
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者何丹農(nóng), 余家會, 張曉蘭, 范紅蕾, 進 黃, 黃海濤 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司;武漢理工大學