專利名稱：一種溫敏型纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫敏型纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法，屬于材料和組織工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年，由于溫敏型水凝膠在載藥、細(xì)胞培養(yǎng)以及組織工程等方面具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此受到越來(lái)越多研究者們的關(guān)注。這種溶液在處理前是可流動(dòng)的液體，當(dāng)注射到目標(biāo)位置后，在生理環(huán)境中會(huì)快速固化形成水凝膠。溫敏型水凝膠應(yīng)用于生物醫(yī)藥方面具有很多的優(yōu)點(diǎn)1)由于注射前溶液流動(dòng)性很好，因此能夠很方便將藥物、生長(zhǎng)因子以及細(xì)胞等加入到溶液中；2)可以通過(guò)一個(gè)很小的創(chuàng)口將溶液注射到病變部位；3)溶液在病變部位快速固化形成水凝膠，既可以作為藥物緩釋的載體，也可以作為細(xì)胞培養(yǎng)的支架材料。( L.，Ding J.，Chem. Soc. Rev.，2008，37，1473-1481.)β -甘油磷酸鈉在人骨髓基質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)液中表現(xiàn)出良好的成骨性增強(qiáng)作用，它被用來(lái)誘導(dǎo)生理環(huán)境中殼聚糖溶液的溶膠-凝膠的轉(zhuǎn)變。Chenite等于2000年首次報(bào)道了殼聚糖/β-甘油磷酸鈉混合溶液具有熱致凝膠效應(yīng)并將其應(yīng)用于藥物的運(yùn)載(Chenite Α.， Chaput C.，Biomaterials, 2000，21，2155-2161.)。Wang 等利用 β -甘油磷酸鈉誘導(dǎo)膠原蛋白以及其與殼聚糖的混合溶液在生理環(huán)境中凝膠化，并將其應(yīng)用于骨組織工程(Wang L， Stegemann J. P.，Biomaterials，2010，31，3976-3985.)。纖維素季銨鹽是一類非常重要的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，具有良好的親水性、成膜性、生物可降解性和抗菌性，已廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、食品、化妝品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。(Rodriguez R. , Alvarez-Lorenzo C. , Concheiro Α. ,Biomacromolecules,2001,2,886-893. Fayazpour F, Lucas B. , Alvarez-Lorenzo C. , Sanders N. N. , Demeester J. , De Smedt S. C., Biomacromolecules, 2006, 7，2856-2862.)。目前還沒有關(guān)于纖維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種溫敏型纖維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法。本發(fā)明的制備方法包括如下步驟1)將取代度范圍為0. 2-0. 5纖維素季銨鹽溶解在水、酸或鹽溶液中，配制成2 5. 5wt%的纖維素季銨鹽溶液；2)將β -甘油磷酸鈉粉末溶于去離子水中配成10 60wt%的溶液；3)在0-20°C下將β -甘油磷酸鈉溶液逐滴加到纖維素季銨鹽溶液中，制得纖維素季銨鹽和β-甘油磷酸鈉的混合溶液；最終得到的混合溶液中β-甘油磷酸鈉的濃度范圍為1. 5 9wt%，纖維素季銨鹽的濃度范圍為1. 7 4. 7wt% ；
4)在人體溫度下，纖維素季銨鹽和β -甘油磷酸鈉的混合溶液固化形成水凝膠。上述方案中，取代度0. 2-0. 5的纖維素季銨鹽可以從市場(chǎng)上購(gòu)得，也可以自已制備。自己制備可以采用如下方法配置含7wt% Na0H，12wt%#素的水溶液，預(yù)冷至-12. 3°C，室溫下加入纖維素， 機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的2wt%纖維素溶液；向纖維素溶液中滴加適量的 3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，使得季銨化試劑與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比為1 3 1 12，攪拌3 M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液；反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天， 冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品?；蛘吲渲煤?wt% 1^0!1*!120，15襯％尿素的水溶液，預(yù)冷至-101，室溫下加入纖維素，機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的2wt%纖維素溶液；向纖維素溶液中滴加適量的 3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，使得季銨化試劑與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比為1 3 1 12，磁力攪拌3 24小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液；反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7 天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。通過(guò)改變添加3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的量和反應(yīng)時(shí)間，得到不同取代度的纖維素季銨鹽。溶解纖維素季銨鹽的酸或鹽的濃度彡lmol/L。溶解纖維素季銨鹽的酸為鹽酸、乳酸、檸檬酸或醋酸等一元酸。本發(fā)明方法制備的纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉溶液在低溫(20°C )下保持液態(tài)，在體溫下快速固化形成水凝膠。能夠很方便將細(xì)胞、蛋白質(zhì)、酶和治療性藥物加入到該溶液中，當(dāng)溫度升高到人體溫度后，快速固化形成水凝膠，可以作為細(xì)胞的支架材料或藥物的載體。纖維素衍生物具有很好的生物相容性，因此這種新材料非常適合應(yīng)用于生物技術(shù)與組織工程領(lǐng)域。本發(fā)明方法的有益效果是1)纖維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉溶液具有生理的ρΗ值。2)本發(fā)明使用的原料纖維素季銨鹽、β -甘油磷酸鈉均無(wú)毒且有良好的生物相容性。3)本發(fā)明制備纖維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉水凝膠方法簡(jiǎn)單，原料成本低廉。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2制得的混合溶液在室溫下的照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的混合溶液在體溫下靜置30s的照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的水凝膠冷凍干燥后的掃描電鏡照片，可以觀察到凝膠內(nèi)部具有均勻的微孔結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1配置含8wt% LiOH -H20,15wt%尿素的水溶液550mL，預(yù)冷至_10°C，室溫下加入纖維素11克，機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到纖維素溶液)。向纖維素溶液中滴加111. 0克3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液(69wt% )，攪拌M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液。 反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品(取代度DS = 0. 34，氮含量 2. 23% )。將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 34)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成2. 9wt%溶液。將650mg3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成43. 3襯％溶液。在15°C下，將1. 5mLi3 -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度6. 5wt%，纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%，靜置于37°C水浴中，1分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例2按實(shí)施例1方法，制得取代度DS = 0. 34的白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 34)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成2. 9wt%溶液。將760mg3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成50. 7襯％溶液。在冰水浴4°C下，將1. 5mL β -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中， 充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度7. 6wt%，纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%，靜置于37°C水浴中，30秒內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例3按實(shí)施例1方法，制得取代度DS = 0. 34的白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。將400mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 34)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成4. 7wt%溶液。將300mgi3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成20wt%溶液。 在冰水浴4°C下，將1. 5mLβ -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度3wt%，纖維素季銨鹽的濃度為#t%，靜置于37°C水浴中，30秒內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例4按實(shí)施例1方法，制得取代度DS = 0. 34的白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。將250mg 纖維素季銨鹽(DS = 0. 34)溶于 8. 5mL 0. 05mol/L 乙酸和 0. 05mol/L 氯化鈉混合溶液中混合均勻，配成2. 9wt%溶液。將650mg β -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成43. 3wt%溶液。在15°C下，將1. 5mL β-甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉溶液，靜置于37°C水浴中， 最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度6. 5wt%，纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%,l 分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例5配置含8wt% LiOH · H20,15wt%尿素的水溶液550mL，預(yù)冷至-10°C，室溫下加入纖維素llg，機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的纖維素溶液)。向纖維素溶液中滴加145. 3克3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液(69wt% )，攪拌M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液。反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品(DS =0. 40，氮含量 2. 51% )。
將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 40)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成2.9wt%溶液。將900mgi3-甘油磷酸鈉溶于1.5mL去離子水中，配成60% (w/w) 溶液。在15°C下，將1. 5mLi3 -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度9wt%，纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%，靜置于37°C水浴中，3分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例6配置含7wt% NaOH, 12wt%尿素的水溶液550mL，預(yù)冷至-12. 3°C，室溫下加入纖維素11克，機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的纖維素溶液)。向纖維素溶液中滴加118. 1克3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液(69wt% )，攪拌8小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液。反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品(DS = 0. 47，氮含量 2. 81% )。將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 47)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成2. 9wt%溶液。將760mg3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成50. 7襯％溶液。在20°C下，將1.5mL β-甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度7. 6wt%,纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%,靜置于37°C水浴中，8分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例7配置含7wt% NaOH, 12wt%尿素的水溶液550mL，預(yù)冷至-12. 3°C，室溫下加入纖維素11克，機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的纖維素溶液)。向纖維素溶液中滴加64. 6克3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液(69wt% )，攪拌M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液。反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品(DS = 0. 24，氮含量 1. 67% )。將200mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 24)溶于8. 5mL 0. lmol/L乙酸水溶液中混合均勻，配成2. 35wt%溶液。將300mgi3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成20wt %溶液。 在冰水浴4°C下，將1. 5mLβ -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度3wt %，纖維素季銨鹽的濃度為2wt %，靜置于37°C水浴中，6分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例8按實(shí)施例6相似的方法，改變3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的添加量和反應(yīng)時(shí)間，制得取代度DS = 0. 35 (氮含量2.)的白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 35)溶于8. 5mL去離子水中混合均勻，配成 2. 9wt%溶液。將65Omg0 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成43. 3wt%溶液。在15°C 下，將1. 5mL β -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度6. 5wt%, 纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%，靜置于37°C水浴中，2分鐘內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。
實(shí)施例9按實(shí)施例6相似的方法，改變3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的添加量和反應(yīng)時(shí)間，制得取代度DS = 0. 35 (氮含量2.)的白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。將250mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 35)溶于8. 5mL 0. lmol/L氯化鈉水溶液中混合均勻，配成2. 9wt%溶液。將650mg3 -甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成43. 3wt% 溶液。在15°C下，將1. 5mLi3 -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉溶液，最終得到的混合溶液中β -甘油磷酸鈉的濃度6. 5wt%，纖維素季銨鹽的濃度為2. 5wt%，靜置于37°C水浴中，30秒內(nèi)溶液即快速固化形成水凝膠。實(shí)施例10配置8wt% LiOH ·Η20/15 %尿素水溶液550mL，預(yù)冷至_10°C，室溫下加入纖維素 11. 0g，機(jī)械攪拌3 5min后得到透明澄清的纖維素溶液)。向纖維素溶液中滴加 201. 9克3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，攪拌M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液。反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天，冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品(DS = 0. 52，氮含量 3. 01% )。將350mg纖維素季銨鹽(DS = 0. 52)溶于8. 5mL 0. Imo 1. L—1乙酸水溶液中混合均勻，配成4. 溶液。將76Omg0-甘油磷酸鈉溶于1. 5mL去離子水中，配成50. 7wt%溶液。在冰水浴4°C下，將1. 5mL β -甘油磷酸鈉溶液逐滴加入到8. 5mL纖維素季銨鹽溶液中， 充分?jǐn)嚢璧玫嚼w維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉溶液，靜置于37°C水浴中，溶液長(zhǎng)時(shí)間保持溶液狀態(tài)，不能形成凝膠。
權(quán)利要求
1.一種溫敏型纖維素季銨鹽/ β -甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法，包括如下步驟1)將取代度范圍為0.2-0. 5纖維素季銨鹽溶解在水、酸或鹽溶液中，配制成2 5. 5wt%的纖維素季銨鹽溶液；2)將β-甘油磷酸鈉粉末溶于去離子水中配成10 60wt%的溶液；3)在0-20°C下將β-甘油磷酸鈉溶液逐滴加到纖維素季銨鹽溶液中，制得纖維素季銨鹽和β-甘油磷酸鈉的混合溶液；最終得到的混合溶液中β-甘油磷酸鈉的濃度范圍為 1. 5 9wt%，纖維素季銨鹽的濃度范圍為1. 7 4. 7wt% ；4)在人體溫度下，纖維素季銨鹽和β-甘油磷酸鈉的混合溶液固化形成水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的纖維素季銨鹽采用如下方法制備配置含7wt% Na0H，12Wt%尿素的水溶液，預(yù)冷至-12. 3 °C，室溫下加入纖維素， 機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的2wt%纖維素溶液；向纖維素溶液中滴加適量的 3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，使得季銨化試劑與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比為1 3 1 12，攪拌3 M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液；反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天， 冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的纖維素季銨鹽采用如下方法制備配置含8wt% LiOH· H20，15Wt%尿素的水溶液，預(yù)冷至-10°C，室溫下加入纖維素， 機(jī)械攪拌3 5分鐘后得到透明澄清的2wt%纖維素溶液；向纖維素溶液中滴加適量的 3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，使得季銨化試劑與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比為1 3 1 12，攪拌3 M小時(shí)后加入HCl中和反應(yīng)液；反應(yīng)液經(jīng)蒸餾水透析7天， 冷凍干燥，即得到白色纖維狀纖維素季銨鹽樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的制備方法，其特征在于，溶解纖維素季銨鹽的酸或鹽的濃度彡Imo 1/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的制備方法，其特征在于，溶解纖維素季銨鹽的酸為一元酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，溶解纖維素季銨鹽的一元酸為鹽酸、 乳酸、檸檬酸或醋酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫敏型纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉水凝膠的制備方法，屬于生物技術(shù)與組織工程領(lǐng)域。在0-20℃下將10wt％～60wt％甘油磷酸鈉溶液滴加到1.5wt％～5.5wt％纖維素季銨鹽溶液中制得纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉混合溶液，在體溫下快速固化形成水凝膠。本發(fā)明的纖維素季銨鹽/β-甘油磷酸鈉溶液可以在室溫下保持液態(tài)，因此能夠很方便將細(xì)胞、蛋白質(zhì)、酶和治療性藥物加入到該溶液中，可以作為細(xì)胞的支架材料或藥物的載體。纖維素衍生物具有很好的生物相容性，因此這種新材料非常適合應(yīng)用于生物技術(shù)與組織工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08J3/075GK102432895SQ20111023416
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者周金平, 尤俊, 張俐娜 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)