一种超弹的透明凝胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种超弹的透明凝胶及其制备方法。


背景技术：

2.水凝胶具有三维的网络结构，与细胞外基质结构相似，在生物医用材料中具有广泛的应用。通过交联剂对水凝胶进行交联，可使其具有一系列吸引人的特性。常见的共价交联键(如酯键、醚键、酰胺键等)可以显著提高水凝胶的强度和抗降解性。近年来，越来越多的研究开始把目光转向非共价交联键。在水凝胶中引入具有适当分子和结构设计的非共价键可使水凝胶具有优异的高弹性、高韧性、动态适应性等，而这些性能是单纯的共价交联键所不能达到的(progress in polymer science.2017,71:1
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25)。
3.离子/静电相互作用是一种常见的非共价交联键，可以离解并迅速可逆地缔合。除常见的金属离子与配体形成配位键(如海藻酸钠与二价金属离子)外，高分子中带相反电荷的基团(如羧基与氨基)之间可产生静电吸引力，在适当条件下即可实现离子交联，形成凝胶。然而，单纯的离子交联凝胶力学强度差，而且由于聚阴阳离子的高密度电荷作用，其凝胶化反应往往得到的是不透明的静电络合产物，因此其应用受到了很多限制。通过共价键与非共价键结合形成双网络交联，可以有效提高凝胶的力学性质，然而透明性差的问题依然难以很好地解决。
4.cn112062974a公开了一种快速成型的可注射多功能水凝胶及其制备方法，通过在聚阴离子和聚阳离子溶液中加入电荷屏蔽剂，避免聚阴离子和聚阳离子发生团聚，可制得均一、透明的凝胶。所述电荷屏蔽剂选自nacl和kcl的至少一种，在两种溶液中的质量浓度独立为0.01％～1％。然而，很多情况下，凝胶制品的渗透压需与组织液相匹配，即nacl和kcl溶液的质量浓度需限定在较窄的范围内，否则会发生水肿等不良反应。因此，除上述专利中公开的特定浓度的盐溶液电荷屏蔽剂外，目前仍然缺少有效的电荷屏蔽的方法，以制备透明性好的凝胶。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种超弹的透明凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
6.(1)将聚阴离子高分子的羧基和/或聚阳离子高分子的氨基接枝保护基团，首先封闭部分的带电基团；
7.(2)聚阴离子高分子中的羧基与聚阳离子高分子中的氨基发生酰胺化反应，形成第一层共价交联网络，其中至少一种高分子的带电基团是通过步骤(1)封闭的；
8.(3)脱除高分子的羧基和/或氨基的保护基团，暴露带电的羧基和/或氨基基团，正负电荷相互吸引，形成第二层离子交联网络。
9.步骤(1)中所述的聚阴离子高分子，其特征为含有两个或两个以上羧基，选自羧基聚乙二醇、海藻酸及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、透明质酸及其衍生物、聚谷氨酸。
10.步骤(1)中所述的聚阳离子高分子，其特征为含有两个或两个以上氨基，选自氨基聚乙二醇、氨基葡聚糖、壳聚糖及其衍生物、聚赖氨酸、聚精氨酸。
11.步骤(1)中所述的聚阴离子高分子和聚阳离子高分子，至少一种分子量为1000～3
×
105da。
12.步骤(1)中所述的羧基和氨基保护基团，其特征为可以通过温和的处理方式脱除，脱除过程对酰胺键的影响小，羧基保护基团优选叔丁酯基，氨基保护基团优选叔丁氧羰基。
13.步骤(1)中所述的羧基和/或氨基的保护基团，其接枝率为5％～60％。
14.步骤(2)中所述的聚阴离子高分子和聚阳离子高分子的羧基与氨基的摩尔比为100：1～1：100。
15.步骤(2)中所述的酰胺化反应，其特征为ph值为3.8～8.0。
16.步骤(2)中所述的酰胺化反应，其缩合剂选自(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)(edc)、4-(4,6-二甲氧基三嗪)-4-甲基吗啉盐酸盐(dmtmm)。
17.步骤(2)中所述的共价交联网络，其共价交联度为4％～50％。
18.步骤(3)中所述的脱除高分子的羧基和/或氨基的保护基团，其方法为酸解法。优选地，叔丁酯采用甲酸；叔丁氧羰基采用三氟乙酸。
19.步骤(3)后还包括步骤：醇沉得到固体产物，然后采用磷酸盐缓冲液(pbs)复溶，经透析后得到透明凝胶。
20.本发明还提供了一种超弹的透明凝胶，其特征在于同时包含共价和非共价交联的双网络，具有良好的透明度和优异的弹性，其透光率高于90％。
21.本发明提供了上述超弹的透明凝胶在眼科、外科和医学美容生物材料中的应用，包括眼内粘弹剂、眼内填充物、防粘连材料、皮肤填充剂和水光针。
22.本发明的优点：
23.(1)通过引入保护基团首先屏蔽聚阴阳离子高分子的正负电荷，降低电荷密度，避免了静电络合物沉淀的产生。在第一层共价交联网络形成后，一方面消耗了部分的羧基与氨基，形成了电负性较小的酰胺键，另一方面，聚阴阳离子高分子之间已经形成“刚性”的交联点，所以脱除保护基团、暴露游离的羧基和氨基后，仅保留了正负电荷间可逆的静电作用，而难以改变刚性的网络并产生络合物沉淀。因此，通过本发明的方法制备的凝胶可在保持生理渗透压的前提下具有很好的透明性，在眼科等对光学性质有高要求的领域有良好的应用价值。
24.(2)本发明在凝胶内部同时形成共价和非共价交联的双网络，使凝胶具有优异的弹性。
25.(3)本发明的凝胶同时具有良好的可注射性，且由于可逆的静电作用，凝胶在通过注射针后可很快恢复网络，不受剪切力的影响而破坏网络稳定性，因此注射后可保持良好的粘弹性。
附图说明：
26.图1为实施例一中制得的凝胶的光透过百分率对波长的坐标图。
27.图2为实施例三中凝胶通过注射器后的拉伸图片。
28.图3为实施例三中制得的凝胶的光透过百分率对波长的坐标图。
29.图4为对比例一中制得的凝胶的照片。
具体实施方式
30.现结合实施例和对比例，对本发明作了详细描述：
31.实施例一
32.称取1g的四臂氨基聚乙二醇(peg-nh2，分子量为1kda)，溶于甲醇配制成2％的质量浓度。称取0.44g的叔丁氧羰酸酐(boc2o)，溶于甲醇配制成0.9％的质量浓度。低温下，将boc2o溶液加入peg-nh2溶液中，室温下搅拌2小时。真空除去溶剂，将残余物用pbs溶解成1％的质量浓度。
33.称取0.6g的4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(dmtmm)，溶于上述溶液中，称取6g的四臂羧基聚乙二醇(peg-cooh，分子量为10kda)，溶于pbs制成6％的质量浓度。将两种溶液均匀混合，室温交联4小时。而后醇沉，采用三氟乙酸复溶，低温下搅拌45分钟后，将凝胶再次醇沉，采用pbs溶解，透析5天后得到凝胶。
34.将凝胶用pbs稀释10倍，振荡均匀后，以配制液为空白对照，按照《中华人民共和国药典(四部)》(2020年版)通则0401紫外-可见分光光度法测定，记录波长300nm～1100nm范围内的光谱透过率，绘制光透过百分率对波长的坐标图(图1)。如图1所示，所得凝胶在300nm～1100nm范围内的光谱透过率大于93％，凝胶具有很好的透明度。
35.实施例二
36.称取2g的四臂peg-cooh(分子量为10kda)，溶于二氯甲烷配制成2％的质量浓度。称取0.08g的叔丁醇和0.03g的4-二甲基氨基吡啶(dmap)，溶于上述溶液中，将溶液搅拌并在冰浴中冷却至0℃，同时快速添加0.7g的二环己基碳二亚胺(dcc)，再在室温下搅拌3小时。过滤除去沉淀的副产物，并用0.5mol/l的盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤滤液。真空除去溶剂，将残余物用pbs溶解成1.2％的质量浓度。
37.称取0.08g的(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)(edc)、0.05g的n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)和0.02g的四臂peg-nh2(分子量为2kda)，溶于30ml的pbs中，并与上述得到的溶液混合均匀，采用盐酸调节ph为5.0，室温交联2小时。而后醇沉，采用甲酸复溶均匀，室温下3小时后，调节ph至中性。将凝胶再次醇沉，采用pbs溶解，透析5天后得到凝胶。
38.实施例三
39.称取0.64g的聚赖氨酸(pll，分子量为3800da)，溶于甲醇与水的混合溶液中(v/v＝1:2)，配制成1.2％的质量浓度。称取0.27g的boc2o，溶于11ml甲醇中。低温下，将boc2o溶液加入pll溶液中，室温下搅拌4小时。真空除去溶剂，将残余物用pbs溶解成3.2％的质量浓度。
40.称取1.1g的dmtmm，溶于上述溶液中，称取2g的透明质酸钠(ha，分子量为1300kda)，溶于pbs制成2.5％的质量浓度。将两种溶液均匀混合，5℃下交联24小时。而后醇沉，采用三氟乙酸复溶，低温下搅拌45分钟后，将凝胶再次醇沉，采用pbs溶解，透析5天后得到凝胶。
41.如图2所示，制得的凝胶澄清透明，可从注射器中推挤出，同时可拉伸至35cm而不断裂，具有优异的弹性。采用紫外分光光度计测试凝胶的光谱透过率，可知在300nm～1100nm范围内的光谱透过率大于97％(图3)，凝胶具有很好的透明度。
42.对比例一
43.称取0.64g的pll(分子量为3800da)，溶于pbs中制成3.2％的质量浓度。称取1.1g的dmtmm，溶于上述溶液中，称取2g的透明质酸钠(ha，分子量为1300kda)，溶于pbs制成2.5％的质量浓度。将两种溶液均匀混合，5℃下交联24小时。
44.如图4所示，交联后的凝胶澄清度低，聚阳离子pll和聚阴离子ha之间形成了静电络合的沉淀物。与实施例三相比，两者采用的原料以及配制浓度相同，但实施例三将pll的部分氨基首先通过本发明的方法进行封闭，与ha共价交联后脱除保护基团，制得的凝胶具有很好的透明度。