專利名稱：一種光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的制備方法。
背景技術(shù)：
在過去的數(shù)十年中，新型傷口愈合膜的開發(fā)已經(jīng)引起人們越來越多的注意。普遍認(rèn)為， 一個(gè)理想的傷 口愈合膜不僅要使創(chuàng)面免受細(xì)菌感染，而且應(yīng)當(dāng)形成生物相容性好、濕潤的愈合環(huán)境。傳統(tǒng)的(非密閉) 傷口愈合膜，只能為傷口提供基本的愈合條件，但仍然是當(dāng)前市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。傷口愈合水凝膠膜是一 種密閉性膜，能夠?yàn)閭谔峁駶櫟挠檄h(huán)境，其應(yīng)用前景及其廣泛。
由親水性高分子通過各種交聯(lián)作用形成的水凝膠，對生物體造成的炎癥反應(yīng)、血栓和組織損傷最低， 展示了其良好的生物相容性。水凝膠是由親水性的高分子交聯(lián)而成，可以吸收大量的水份而乂不導(dǎo)致其本 身的溶解，因此水凝膠與生物體的軟組織具有相似的特征；此外，水凝膠材料對氧氣，營養(yǎng)物質(zhì)和其它水 溶性的代謝產(chǎn)物具有高滲透性?；谝陨系男再|(zhì)，水凝膠材料具有成為理想傷口愈合膜的潛力。舉例來說， 一種由聚丙烯酰胺和瓊脂交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所行成的商品化水凝膠敷料'Gdiperm '，能夠?yàn)閭谟咸峁┝己玫?生理?xiàng)l件。這種光滑、有彈性、透明的商品化水凝膠敷料含有96%的結(jié)合水。它允許氣體分子、無機(jī)鹽、 代謝產(chǎn)物和蛋白質(zhì)透過，卻能夠阻止細(xì)菌的侵入。這種水凝膠敷料無毒且不具有無任何刺激性。但是也有 報(bào)導(dǎo)指出這種材料僅限用T臨時(shí)的傷口封閉，因?yàn)樗鼘陴じ叫匀醪⑶医Y(jié)構(gòu)也非常脆弱，所以這種材料 只能應(yīng)用于愈合速度較快的干凈傷口 ，如供皮區(qū)和淺二度燒傷。
最近，Balakrishnan等報(bào)道了一種原位形成的水凝膠敷料。這種水凝膠敷料是由明膠與氧化海藻酸鹽 在加入微量的硼酸溶液的條件下交聯(lián)而形成的。跟其它水凝膠材料相比，原位形成水凝膠具有很多優(yōu)勢， 因?yàn)樗试S水凝膠能夠原位形成并黏附在復(fù)雜形狀的傷口上?，F(xiàn)在市場上能夠得到的絕大多數(shù)以片和膜形 式出售的傷口敷料在對傷口的順應(yīng)性上考慮的并不夠周到。因此，在順應(yīng)性這一點(diǎn)上，原位形成的敷料要 優(yōu)T這些預(yù)制敷料。除了順應(yīng)性外，這種材料還貝.有很多成為理想傷口敷料的性質(zhì)，例如良好的吸水率、 最佳的水蒸氣透過率(WVTR)、 一定的抗菌性和可生物降解性。但是，這種原位形成的水凝膠是由反應(yīng)得 到的海藻酸雙醛鈉與明膠交聯(lián)而形成的。根據(jù)Draye等的研究結(jié)果，微量的雙醛可能從水凝膠中被釋放出 來而造成水凝膠的細(xì)胞毒性。這種情況跟由戊二醛交聯(lián)的生物材料中會(huì)釋放戊二醛而造成細(xì)胞毒性的情況 相似。在細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中，雙醛基材料顯示出對細(xì)胞復(fù)制有很大的影響。
為解決細(xì)胞毒性的問題，對于不需要化學(xué)交聯(lián)劑的光交聯(lián)水凝膠的研究進(jìn)展非?？臁９饨宦?lián)作用也可 以使高分于之間形成共價(jià)鍵而制備水凝膠。這種交聯(lián)作用可以快速而有效地交聯(lián)聚合物分子，而且對水凝 膠的形成具有時(shí)間和空間上的控制性。最近， 一種紫外光引發(fā)交聯(lián)的殼聚糖水凝膠引起了很多人的關(guān)注。 在殼聚糖的氨基上引入乳糖基(乳糖酸沐疊氮基(疊氮苯甲酸)以得到這種殼聚糖的衍生物。乳糖基取代的殼 聚糖衍生物能夠在中性pH值的水溶液中溶解，疊氮基使這種殼聚糖衍生物可以發(fā)生光交聯(lián)作用。
本專利發(fā)明了一種新型的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜。首先，對殼聚糖的進(jìn)行羥丙基取代，提高殼聚糖的 水溶性；然后，在殼聚糖的-N位引入光可交聯(lián)基團(tuán)，疊氮基團(tuán)；用紫外光照射這種殼聚糖衍生物的溶液可 以制備具有生物黏附性的殼聚糖水凝膠膜。結(jié)果表明，這種光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜具有方便使用、順應(yīng)性 良好、舒適度高的特點(diǎn)，對T病人傷口的恢復(fù)非常有益；它還具有在創(chuàng)傷面保持一個(gè)較長時(shí)期的最佳濕潤 環(huán)境以及促細(xì)胞遷移的優(yōu)點(diǎn)。這種殼聚糖水凝膠膜的生物相容性良好，作為傷口敷料具有很廣的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的方法。
本發(fā)明所提供的制備光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的方法，以殼聚糖為起始物，首先在異丙醇溶劑中進(jìn)行堿 化，然后以四甲基氫氧化銨作為催化劑，與環(huán)氧丙垸反應(yīng)得到6-0取代的羥丙基殼聚糖；羥丙基殼聚糖的 氨基與4-疊氮苯甲酸在一定條件下發(fā)生?；磻?yīng)，引入光反應(yīng)活性的疊氮基團(tuán)，得到光可交聯(lián)的殼聚糖； 然后以紫外光照射一定濃度的光可交聯(lián)殼聚糖的水溶液數(shù)秒，得到殼聚糖的水凝膠膜。
上述方法中，殼聚糖與異丙醇的配比為0.05 10g/ml，當(dāng)反應(yīng)物殼聚糖的質(zhì)量為25g時(shí)，33% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液的用量為10~100ml。
上述方法中，催化劑10%的四甲基氫氧化銨水溶液的用量為10~100ml，環(huán)氧丙烷的用量為100~1000 ml，反應(yīng)時(shí)間為5 50小時(shí)。
上述方法中，羥丙基殼聚糖與4-疊氮苯甲酸的?；磻?yīng)條件為當(dāng)羥丙基殼聚糖的質(zhì)量為10g時(shí)，50 mMN，N,N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)溶液的用量為l~200ml, 二環(huán)己基碳二亞胺(EDC)的用量為0.1-10 g， 4-疊氮苯甲酸的用量為0.1 10mg，
上述方法中，羥丙基殼聚糖與4-疊氮苯甲酸的?；磻?yīng)的時(shí)間為l~100h。
上述方法中，形成光交聯(lián)殼聚糖凝膠膜所需要的光可交聯(lián)殼聚糖的濃度為1 80mg/ml，所需要的紫外 光的功率為1-100 W，波長為200 500nrn，照射時(shí)間為1~1000 s。
本發(fā)明提出的光交聯(lián)殼聚糖膜的制備的具體操作步驟如下制備羥丙基殼聚糖，25 g的殼聚糖加入 2.5~500 ml異丙醇中攪拌30分鐘，加入10~100 ml 33% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液，攪拌1 h后-20 'C 下冷凍。然后，加入10~100ml 10%(體積分?jǐn)?shù))的四甲基氫氧化銨水溶液，再加入100 1000ml環(huán)氧丙烷， 室溫下攪拌反應(yīng)I小時(shí)，反應(yīng)溫度緩慢上升至60 r,反應(yīng)時(shí)間為5 50h。用乙醇溶液沉淀反應(yīng)產(chǎn)物，過 濾，用95%的乙醇洗滌兩遍，用去離子水溶解，透析、凍干即得到6-0位取代的羥丙基殼聚糖。制備光可 交聯(lián)殼聚糖，0g的上述羥丙基殼聚糖溶解于l 200m的50mM的TEMED水溶液中，加入0.1 10g的 EDC和0.1 10g的4-疊氮苯甲酸，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)l 100h，透析、凍干得到光可交聯(lián)殼聚糖。制備光交聯(lián) 殼聚糖水凝膠膜，400 ^濃度為1~80 mg/ml的光可交聯(lián)殼聚糖水溶液涂布在直徑為7 cm培養(yǎng)皿內(nèi)。以波 長為200-500 nm，功率為1~100 W的紫外燈光照射涂布光可交聯(lián)殼聚糖的培養(yǎng)皿，照射時(shí)間1~1000 s， 得到光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜。
與現(xiàn)有水凝膠膜相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)首先，殼聚糖是天然生物高分子，來源極為廣泛、安全 無毒，價(jià)格低廉，與合成高分子相比，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此殼聚糖水凝膠膜作為 傷口敷料具有很高的環(huán)境友好性和生物安全性。其次，本發(fā)明一改過去通過化學(xué)交聯(lián)來制備水凝膠膜的方 法，而采用光交聯(lián)的方法，降低了水凝膠膜對生物體的毒性。通過對本發(fā)明所涉及的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠 膜吸水率、水蒸氣透過率、水分保留和黏附強(qiáng)度的測定表明，這種水凝膠作為傷口敷料，可以在創(chuàng)傷面上 較長時(shí)間地維持一個(gè)濕潤環(huán)境，從而可以促進(jìn)傷口的上皮化，加速傷口的愈合。因此，本發(fā)明無論在生物 相容性方面還是醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面都存在許多優(yōu)越性，具有很好的開發(fā)前景。


圖1 a和b為光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的環(huán)境掃描電子顯微鏡圖片 c為脫水的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的掃描電子顯微鏡圖片
具體實(shí)施例方式
以下利用實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但不能認(rèn)為是限定發(fā)明的范圍。 實(shí)施例l:水溶性羥丙基殼聚糖的制備
40 g殼聚糖加入250 ml異丙醇中攪拌30分鐘。然后在混合物加入30 ml氫氧化鈉溶液(33%， w/v)。 混合溶液攪拌1 h后在室溫下加入燒瓶并密封，并在-20 'C下冷凍過夜。滴加40 ml 10% (v/v)的催化劑溶 液(四甲基氫氧化銨)到混合物中，然后再加入400 ml環(huán)氧丙烷。室溫下攪拌反應(yīng)lh，反應(yīng)溫度緩慢上 升至60 'C，反應(yīng)時(shí)間為7h。將反應(yīng)液加入到4倍體積的乙醇溶液中，得到沉淀，用10倍體積的乙醇洗 滌沉淀兩遍，用去離子水重新溶解沉淀，透析、凍干即得到高純度的羥丙基殼聚糖。
實(shí)施例2:光可交聯(lián)殼聚糖的制備
取10 g制備的羥丙基殼聚糖溶解于50 m的50 mM TEMED溶液中攪拌，攪拌直到羥丙基殼聚糖全部 溶解，加入5g的EDC和10g的4-疊氮苯甲酸。室溫25'C的條件下攪拌反應(yīng)50h。在去離子水中透析兩 天、凍干得到光可交聯(lián)殼聚糖。實(shí)施例3:光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的制備
400 pl濃度為40 mg/ml的光可交聯(lián)殼聚糖水溶液涂布在直徑為7 cm培養(yǎng)皿內(nèi)。以波長為365 nm，功 率為20 W的紫外燈光照射涂布光可交聯(lián)殼聚糖的培養(yǎng)皿，照射時(shí)間500 s，得到膜厚約為0.1 mm的光交 聯(lián)殼聚糖水凝膠膜。
實(shí)施例4:以天然高分子殼聚糖為起始物，光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的制備
100g殼聚糖加入250ml異丙醇中攪拌30分鐘。然后在混合物加入20 ml氫氧化鈉溶液(33%， w/v)。 混合溶液攪拌1 h后在室溫下加入燒瓶并密封，并在-20 "C下冷凍過夜。滴加50 ml 10% (v/v)的催化劑溶 液(四甲基氫氧化銨)到混合物中，然后再加入200 ml環(huán)氧丙烷。室溫下攪拌反應(yīng)lh，反應(yīng)溫度緩慢上 升至60'C，反應(yīng)時(shí)間為10h。將反應(yīng)液加入到4倍體積的乙醇溶液中，得到沉淀，用10倍體積的乙醇洗 滌沉淀兩遍，用去離子水重新溶解沉淀，透析、凍干即得到高純度的羥丙基殼聚糖。取10g制備的羥丙基 殼聚糖溶解于100ml的50mMTEMED溶液中攪拌，攪拌直到羥丙基殼聚糖全部溶解，力n入0.5 g的EDC 和5 g的4-疊氮苯甲酸。室溫25 'C的條件下攪拌反應(yīng)50 h。在去離子水中透析兩天、凍干得到光可交聯(lián)殼 聚糖。
400 ^濃度為0 mg/ml的光可交聯(lián)殼聚糖水溶液涂布在直徑為7 cm培養(yǎng)皿內(nèi)。以波長為365 nm，功 率為40 W的紫外燈光照射涂布光可交聯(lián)殼聚糖的培養(yǎng)皿，照射時(shí)間10 s,得到膜厚約為0.1 mm的光交聯(lián) 殼聚糖水凝膠膜。
實(shí)施例5:光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的形態(tài)
把含水的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜放置在環(huán)境溫度4 。C的環(huán)境掃描電子顯微鏡(FEI Quanta-200)的 Peltier冷臺上，在電壓為20 kV，樣品室水蒸氣壓強(qiáng)為4.0至4.7 Torr的條件下觀測此水凝膠膜的形態(tài)見附 圖1 。冷凍干燥得到脫水的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，在高壓、0.1 Torr、 1.2 kV和50 mA的條件下，用Hitachi IB-2噴涂機(jī)在脫水的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜表面噴涂500x10-8 cm厚的金箔，在掃描電子顯微鏡下觀測脫 水的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的形態(tài)見附圖1。
權(quán)利要求
1、一種光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于是由下述過程制備獲得以殼聚糖為起始物，首先在異丙醇溶劑中進(jìn)行堿化，然后以四甲基氫氧化銨作為催化劑，與環(huán)氧丙烷反應(yīng)得到6-O取代的羥丙基殼聚糖；羥丙基殼聚糖的氨基與4-疊氮苯甲酸在一定條件下發(fā)生?；磻?yīng)，引入光反應(yīng)活性的疊氮基團(tuán)，得到光可交聯(lián)的殼聚糖；然后以紫外光照射一定濃度的光可交聯(lián)殼聚糖的水溶液數(shù)秒，得到殼聚糖的水凝膠膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于殼聚糖與異丙醇的配比為0.05-10 g/ml， 當(dāng)殼聚糖的質(zhì)量為25g時(shí)，33% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液的用量為10-100 ml。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于催化劑10%的四甲基氫氧化銨水溶液 的用量為10~100ml，環(huán)氧丙烷的用量為100-1000 ml，反應(yīng)時(shí)間為5~50小時(shí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于羥丙基殼聚糖與4-疊氮苯甲酸的?；?反應(yīng)條件為當(dāng)羥丙基殼聚糖的質(zhì)量為10g時(shí)，50mMN,N,N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)溶液的用量為 l~200ml， 二環(huán)己基碳二亞胺(EDC)的用量為0.1 10g， 4-疊氮苯甲酸的用量為0.1~10 mg。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于羥丙基殼聚糖與4-疊氮苯甲酸的?；?反應(yīng)的時(shí)間為l~100h。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于形成光交聯(lián)殼聚糖凝膠膜所需要的光 可交聯(lián)殼聚糖的濃度為l~80mg/ml。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，其特征在于形成光交聯(lián)殼聚糖凝膠膜所需要的紫 外光的功率為1~100 W，波長為200~500 nm，照射時(shí)間為1-1000 s。
8、 一種光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的制備方法，其特征在于具體步驟如下制備羥丙基殼聚糖，25 g的 殼聚糖加入2.5 500ml異丙醇中攪拌30分鐘，加入10~100 ml 33% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液，攪拌1 h后-20。C下冷凍。然后，加入10~100 ml 10%(體積分?jǐn)?shù))的四甲基氫氧化銨水溶液，再加入IO(MOOO ml 環(huán)氧丙烷，室溫下攪拌反應(yīng)lh，反應(yīng)溫度緩慢上升至6(TC，反應(yīng)時(shí)間為5 50h。用乙醇溶液沉淀反應(yīng)產(chǎn) 物，過濾，用95%的乙醇洗滌兩遍，用去離子水溶解，透析、凍干即得到6-0位取代的羥丙基殼聚糖。制 備光可交聯(lián)殼聚糖，10 g的上述羥丙基殼聚糖溶解于1~200 ml的50 mM的TEMED水溶液中，加入.1~10 g的EDC和0.1 10 g的4-疊氮苯甲酸，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)1 100 h，透析、凍干得到光可交聯(lián)殼聚糖。制備 光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，400 ^濃度為1~80 mg/ml的光可交聯(lián)殼聚糖水溶液涂布在直徑為7 cm培養(yǎng)皿內(nèi)。 以波長為200-500 nm，功率為1~100 W的紫外燈光照射涂布光可交聯(lián)殼聚糖的培養(yǎng)皿，照射時(shí)間1~1000 s, 得到光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜的方法。本發(fā)明是以生物相容性高分子殼聚糖為起始物，通過對其進(jìn)行化學(xué)修飾，在6-O位和N位分別引入羥丙基和疊氮基團(tuán)，得到水溶性的光可交聯(lián)殼聚糖；以紫外光照射這種光可交聯(lián)殼聚糖的水溶液而得到殼聚糖水凝膠得到光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜。所述光交聯(lián)殼聚糖水凝膠膜，通過物理方法紫外光交聯(lián)而形成殼聚糖水凝膠膜，避免了具有生物毒性的化學(xué)交聯(lián)，提高了殼聚糖水凝膠膜的生物相容性，使其臨床應(yīng)用成為可能。本發(fā)明為殼聚糖水凝膠膜的臨床應(yīng)用提供了一條新的途徑。
文檔編號C08J5/18GK101530629SQ20091002484
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者凱 凌, 許正宏, 堅(jiān) 金, 陳敬華 申請人:江南大學(xué)