一种含酰肼基团的水凝胶的制备及应用

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壳聚糖是一种产量丰富,生物相容性极佳且廉价的天然高分子材料,近年来正被越来越多的使用在水凝胶中。本文通过迈克尔加成反应将丙烯酸甲酯接枝在壳聚糖上,之后在水合肼的作用下使酯基肼解,获得含有酰肼基团的壳聚糖(CS-N),再通过高碘酸钾氧化葡聚糖制备带有醛基的葡聚糖(DEX-CHO)作为大分子交联剂,通过醛基与酰肼基团的相互交联,制备CS-N/DEX-CHO交联水凝胶。在制备过程中探讨了丙烯酸甲酯用量以及反应时间对酯基取代度的影响。研究结果表明:当丙烯酸甲酯投量为壳聚糖十倍当量,反应时间为72h时,可最高效的获得取代度高达0.867的酯基壳聚糖。之后通过红外表征确认肼解后1726cm-1处的C=O峰消失,并且凯氏定氮法测定产物内氮含量有所增加,可以证明酯基被全部肼解成酰肼基团。另外探究了氧化葡聚糖(DEX-CHO)在不同高碘酸钾用量下的氧化度,发现随着高碘酸钾用量增加,葡聚糖氧化度增加。改性壳聚糖(CS-N)分子链上接枝的酰肼基团和未参与反应的氨基均能和氧化葡聚糖(DEX-CHO)上的醛基发生交联,形成亚胺键C=N。通过红外光谱对水凝胶化学结构进行表征,发现水凝胶的红外谱图中新增了1647cm-1处的吸收峰,这是亚胺C=N的特征峰,说明了CS-N/DEX-CHO水凝胶成功交联。随后通过流变测试,溶胀测试,扫描电镜,吸光度对这种新型水凝胶的流变性能,自愈合性能,溶胀性能以及释药性能进行探究。先是通过流变性能,溶胀能力和凝胶时间探究了水凝胶的最佳交联剂用量以及最佳固含量。结果表明,当DEX-CHO/CS-N=1.5,固含量15%时的水凝胶可在12h内成胶,溶胀率高达545.439%,储能模量(G’)10040Pa。且通过扫描电镜可以观测到水凝胶内部完整致密的多孔结构。然后通过数码相机观测到水凝胶有一定的自愈合能力,在中性条件,于苯胺的催化下可达到71%的愈合效率。进一步使用流变仪探究了酰肼取代度和p H值对水凝胶自愈合性能的影响,发现在中性条件下不同酰肼取代度的水凝胶均可以在苯胺的催化下进行愈合,愈合效率可达到70%左右。而在酸性条件下,酰肼取代度越高,则水凝胶自愈合性能越好。最后以BSA为模型药物探究了水凝胶的载药和释药能力,结果发现这种水凝胶具有较好的缓释作用,在酸性环境中可以通过扩散作用和体系内席夫键的降解缓慢释放包埋药物。并且由于酰肼键比席夫键更加稳定,酰肼取代度高的水凝胶明显在酸性条件下有着更好的稳定性和耐酸性。综上所述,经研究发现这种新型的CS-N/DEX-CHO水凝胶不仅具有良好的自愈合功能,还有药物缓释能力。此外,可以通过改变酰肼取代度改变其p H值适用范围以及释药能力,使其能适应不同的需求,和各种复杂的环境。基于以上种种特点,这种新型水凝胶在生物医药和组织工程领域都展现出了良好的应用前景。
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