一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將雙鍵化生物大分子通過光引發(fā)雙鍵聚合形成水凝膠基體，將所述水凝膠基體放入預(yù)先配制的含有藥物的導(dǎo)電高分子單體溶液中，待水凝膠吸附達到溶脹平衡后再將其浸泡在氧化劑溶液中使水凝膠中的導(dǎo)電高分子單體被氧化，同時藥物被摻雜在導(dǎo)電高分子中，從而制得可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠。本發(fā)明制備出的水凝膠可通過電場調(diào)控藥物釋放的時間和劑量；本發(fā)明因采用經(jīng)接枝改性后的生物大分子聚合形成水凝膠基體故具有良好的機械強度和降解速率可調(diào)控的特性；此外，水凝膠中氧化劑含有的金屬離子既能通過螯合作用增強水凝膠的機械強度也能提高水凝膠的導(dǎo)電性能。
【專利說明】
一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]長期以來，有關(guān)控釋給藥系統(tǒng)的研究集中于藥物在體內(nèi)的緩慢恒速釋放，以便延長藥物的作用時間，減少給藥次數(shù)，產(chǎn)生穩(wěn)定的血藥濃度，但藥物的持續(xù)高濃度會造成機體的敏感性降低和耐藥性的產(chǎn)生?？梢愿鶕?jù)刺激信號的性質(zhì)和強弱調(diào)整藥物的釋放，從而達到可控治療的目的。目前智能給藥系統(tǒng)的材料研究最多的就是水凝膠。
[0003]水凝膠為電中性或離子性高分子材料，具有優(yōu)良的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)。由于水凝膠中富含親水集團，在生理條件下水凝膠可吸水膨脹，并在骨架中保留水分，因此水凝膠兼具固液兩相的特點。水凝膠不僅柔韌的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為軟組織修復(fù)的理想材料;另外，可以通過導(dǎo)電聚合物的引入使其具備優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以作為電刺激藥物按需釋放、電療刺激組織的再生修復(fù)材料等。
[0004]目前采用電刺激控制藥物釋放的水凝膠，其基體多采用合成高分子或者未經(jīng)改性的純天然高分子，然而這些高分子都存在不足:如合成高分子丙烯酰胺，丙烯酸等有機化合物在體內(nèi)不可降解，且長期植入具有潛在的隱患；純天然材料基導(dǎo)電水凝膠的機械性能較差，在實際應(yīng)用中受到限制。
[0005]綜上，傳統(tǒng)電刺激藥物控釋導(dǎo)電水凝膠的缺陷主要在于以下兩點:其一為較差的生物學(xué)降解特性或者降解產(chǎn)物具有副作用而不適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域;其二為較差的機械強度限制了其在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上文所述問題，本發(fā)明提出了一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，本發(fā)明制備出的水凝膠在電場作用下，導(dǎo)電高分子鏈被還原而使藥物釋放，可以有效控制藥物在生物體內(nèi)釋放的時間和劑量;此外兼具優(yōu)良的生物可降解性、良好的機械強度及細胞粘附和組織親和性等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]—種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟A:通過甲基丙烯酸酐化在生物大分子上引入雙鍵得到雙鍵化生物大分子;將雙鍵化生物大分子作為單體配制成溶液后加入光引發(fā)劑混合均勻，將所述溶液在光引發(fā)下自由基聚合形成水凝膠；
[0010]步驟B:配制導(dǎo)電高分子單體和藥物形成的混合溶液，所述藥物在溶液中帶負電；
[0011]步驟C:將步驟A制備的水凝膠浸泡在步驟B制成的導(dǎo)電高分子單體和藥物混合溶液中，待水凝膠吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出水凝膠浸泡在含有氧化劑的溶液中，冰浴條件下氧化聚合制得所述用于藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠。
[0012]所述光聚合反應(yīng)是在步驟A中通過引入甲基丙烯酸結(jié)構(gòu)在生物大分子側(cè)鏈上接枝碳碳雙鍵，從而可以實現(xiàn)光引發(fā)自由基聚合成生物大分子水凝膠。
[0013]本發(fā)明步驟A是通過在生物大分子鏈的主鏈末端引入甲基丙烯酸結(jié)構(gòu)實現(xiàn)在生物大分子上接枝碳碳雙鍵，使得生物大分子在光引發(fā)下自由基聚合形成三維交聯(lián)的水凝膠結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明為了更好的適應(yīng)在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用，水凝膠基體材料應(yīng)選擇天然高分子材料，優(yōu)選為明膠，硫酸軟骨素，絲素蛋白，海藻酸鈉，纖維素或透明質(zhì)酸;這些天然高分子鏈上具有大量的活性氨基和羥基易于實現(xiàn)雙鍵化接枝改性。所述光引發(fā)劑選擇應(yīng)無毒、 無副作用、可降解，優(yōu)選為Irgacure2959、Irgacure500、Irgacurel27、TP0和紫外光引發(fā)劑 184/1173/907 中任一種；
[0015]本發(fā)明步驟A具體為:
[0016]A1:稱取生物大分子溶解于蒸餾水或磷酸鹽緩沖液中配制成溶液;在生物大分子溶液中滴加0.1?20倍所述生物大分子質(zhì)量的甲基丙烯酸酐、丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或甲基丙烯酸縮水甘油酯，然后攪拌反應(yīng)2?24小時，將上述反應(yīng)液中稀釋以終止反應(yīng)，將稀釋液置于截留分子量為5?14kDa的透析袋中，去離子水透析后冷凍干燥，制得雙鍵化生物大分子；[〇〇17]A2:將制得的雙鍵化生物大分子作為單體配制成濃度為0.15?0.2g/ml的雙鍵化生物大分子溶液，再加入質(zhì)量占所述生物大分子質(zhì)量的百分比為〇.5%?1 %的光引發(fā)劑混合均勻后，通常在紫外線照射下2?10分鐘引發(fā)光聚合反應(yīng)形成水凝膠基體。
[0018]本發(fā)明步驟B配制導(dǎo)電高分子單體和藥物的混合溶液:
[0019]本發(fā)明步驟B中導(dǎo)電高分子單體溶液優(yōu)選吡咯、苯胺、噻吩類和5-羧基吲哚中任一種作為導(dǎo)電高分子單體；
[0020]本發(fā)明步驟B中混合溶液中導(dǎo)電高分子單體質(zhì)量占所述生物大分子質(zhì)量的百分比為5%?20%。[0021 ]本發(fā)明步驟B中混合溶液中帶負電藥物優(yōu)選為青霉素、硝苯地平、地塞米松、二甲雙弧鹽酸鹽和異煙肼中任一種。[〇〇22]本發(fā)明步驟C首先利用水凝膠富含親水集團，可吸水膨脹，并在骨架中保留水分的特性，使得水凝膠吸附有含有導(dǎo)電高分子單體和藥物的混合溶液；同時，本發(fā)明步驟C利用導(dǎo)電聚合物的摻雜特性從而實現(xiàn)裝載藥物。所述摻雜實際是導(dǎo)電聚合物的氧化-還原過程， 本發(fā)明中導(dǎo)電高分子單體發(fā)生氧化聚合的過程中由于電荷轉(zhuǎn)而失去電子，帶負電的藥物會摻雜在聚合物鏈中以保持聚合鏈體系的電中性，從而實現(xiàn)帶負電藥物的裝載。
[0023]本發(fā)明步驟C通過加入氧化劑發(fā)生氧化聚合;所述氧化劑優(yōu)選為三氯化鐵、過硫酸銨，過硫酸鉀、重鉻酸鉀、碘酸鉀或高錳酸鉀；
[0024]本發(fā)明步驟C中氧化劑與所述導(dǎo)電高分子單體的質(zhì)量比為1?3:1;[〇〇25]本發(fā)明利用導(dǎo)電聚合物的摻雜特性將帶負電藥物裝載于水凝膠的具體步驟為:配制導(dǎo)電高分子單體和藥物形成的混合溶液，其中，導(dǎo)電高分子單體質(zhì)量為所述生物大分子質(zhì)量的5 %?20%，藥物在混合溶液中濃度為lg/L?5g/L;將步驟A制得水凝膠放入所述混合溶液中，待所述水凝膠溶脹平衡后轉(zhuǎn)移于含有氧化劑的溶液中反應(yīng)，氧化聚合10?24小時制得所述可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]1、本發(fā)明制備出的水凝膠在電刺激作用下可以實現(xiàn)藥物的按需釋放，從而達到可控治療的目的。本發(fā)明水凝膠中處于氧化態(tài)的導(dǎo)電高分子能夠在電刺激作用下被還原，導(dǎo)電高分子鏈的正電荷總量減少，靜電引力降低，從而使得摻雜在導(dǎo)電高分子鏈上的帶負電藥物得以釋放。
[0028]2、本發(fā)明制備出的水凝膠具有良好的機械強度和導(dǎo)電性能;本發(fā)明的水凝膠基體材料選用經(jīng)接枝改性后的天然高分子材料，因此天然高分子材料內(nèi)能夠形成穩(wěn)定共價鍵的雙鍵基團，與原有的非共價鍵交聯(lián)協(xié)同作用，可以提高水凝膠的機械強度;另外，氧化劑中的金屬離子不僅可以與改性天然高分子中殘余羥基和氨基等形成螯合作用，從而達到增強水凝膠的機械強度的目的，而且這些金屬離子還可以作為導(dǎo)電高分子的摻雜劑，進一步提高材料的導(dǎo)電性能。
[0029]3、本發(fā)明制備出的水凝膠具有較好的組織親和性和可降解性能;而且天然高分子經(jīng)改性后能夠通過選擇不同的接枝支鏈以及接枝率可以調(diào)節(jié)材料的降解速率，具有降解可調(diào)控的優(yōu)勢。【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述:
[0031]實施例1:
[0032]—種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0033]步驟 A:[〇〇34]A1:雙鍵化生物大分子的制備；稱取殼聚糖800mg置于250mL錐形瓶中，加入100mL去離子水和400uL濃度為10.8750mol/L的甲基丙烯酸酸酐(MA)，待殼聚糖完全溶解后，分別加入200mgl-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然后在室溫下，攪拌反應(yīng)24 小時。反應(yīng)過程中，由于MA的消耗，混合液的pH值從4升到7左右。為去除未反應(yīng)的MA和其他小分子產(chǎn)物，將混合液置入截止分子量為l〇〇〇〇Da透析袋中，在室溫下透析3天。最后將樣品冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐接枝的殼聚糖(CM)，即雙鍵化殼聚糖；
[0035]A2:生物大分子水凝膠的制備;將雙鍵化殼聚糖作為單體配制成0.15g/ml溶液，加入占雙鍵化殼聚糖質(zhì)量百分比為1 %的光引發(fā)劑184，攪拌至完全溶解，將所述溶液在波長為365nm，功率為lOmW/cm2的紫外燈下照射10分鐘形成水凝膠基體；
[0036]步驟B:配制吡咯單體和異煙肼形成的混合溶液，其中吡咯單體質(zhì)量為所述雙鍵化殼聚糖質(zhì)量的5%，異煙肼濃度為3g/L;
[0037]步驟C:將步驟A制備的水凝膠基體浸泡在步驟B制成的吡咯單體和異煙肼混合溶液中，待水凝膠基體吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出浸泡在質(zhì)量FeCl3溶液中，所述FeCl3 溶液中FeCl3質(zhì)量為吡咯單體的2倍，冰浴條件下反應(yīng)24小時，氧化聚合制得載有異煙肼的雙鍵化殼聚糖基導(dǎo)電水凝膠。[〇〇38] 實施例2:
[0039]—種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0040]步驟 A:
[0041]A1:雙鍵化生物大分子的制備;將海藻酸鈉溶解于蒸餾水中配制成質(zhì)量分數(shù)為2%的溶液，然后用lmol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=8.0;加入海藻酸鈉15倍質(zhì)量的丙烯酰氯，在4°C 條件下，機械攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)過程中用lmol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH>8.0。為除去未反應(yīng)的丙烯酰氯和其他小分子，將混合液體裝入截留分子量為5000?8000Da的透析袋中，室溫下透析48小時，最后將樣品冷凍干燥，得到丙烯酰胺化的海藻酸鈉，即雙鍵化海藻酸鈉。 [〇〇42]A2:生物大分子水凝膠的制備;將雙鍵化海藻酸鈉作為單體配制成0.2g/ml溶液，加入占雙鍵化海藻酸鈉質(zhì)量百分比為1.5 %的光引發(fā)劑2959，攪拌至完全溶解，將所述溶液在波長為365nm，功率為5mW/cm2的紫外燈下照射5分鐘形成水凝膠基體；
[0043]步驟B:配制5-羧基吲哚單體和地塞米松形成的混合溶液，其中5-羧基吲哚單體質(zhì)量為所述雙鍵化海藻酸鈉質(zhì)量的10%，地塞米松濃度為3g/L;
[0044]步驟C:將步驟A制備的水凝膠基體浸泡在步驟B制成的5-羧基吲哚單體和地塞米松混合溶液中，待水凝膠基體吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出浸泡在過硫酸鉀溶液中，所述過硫酸鉀溶液中過硫酸鉀質(zhì)量為5-羧基吲哚單體質(zhì)量的1.5倍，冰浴條件下反應(yīng)15小時， 氧化聚合制得載有地塞米松的雙鍵化海藻酸鈉基導(dǎo)電水凝膠。
[0045]實施例3:明膠接枝改性
[0046]—種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0047]步驟 A:
[0048]A1:雙鍵化生物大分子的制備；將明膠溶解于磷酸鹽緩沖液配制成質(zhì)量分數(shù)為 15%的溶液，然后向所述溶液中加入明膠質(zhì)量5倍的甲基丙烯酰氯，在50°C條件下，機械攪拌反應(yīng)5小時。將所述溶液稀釋后裝入截留分子量為12000Da的透析袋中，每12小時換一次水，在室溫下透析7天。最后將透析后液體冷凍干燥，得到丙烯酰胺化的明膠，即雙鍵化明膠。
[0049]A2:生物大分子水凝膠的制備;將雙鍵化明膠作為單體配制成0.15g/ml溶液，加入占雙鍵化明膠質(zhì)量百分比為2 %的光引發(fā)劑TP0，攪拌至完全溶解，將所述溶液在波長為 365nm，功率為15mW/cm2的紫外燈下照射15分鐘形成水凝膠基體；
[0050]步驟B:配制苯胺單體和青霉素形成的混合溶液，其中苯胺單體質(zhì)量為所述雙鍵化明膠質(zhì)量的15%，青霉素濃度為5g/L;
[0051]步驟C:將步驟A制備的水凝膠基體浸泡在步驟B制成的苯胺單體和盤尼西林混合溶液中，待水凝膠基體吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出浸泡在過硫酸鉀溶液中，所述過硫酸鉀溶液中過硫酸鉀質(zhì)量為苯胺單體質(zhì)量的3倍，室溫條件下反應(yīng)20小時，氧化聚合制得載有盤尼西林的雙鍵化明膠基導(dǎo)電水凝膠。[〇〇52] 實施例4:[〇〇53] 一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0054]步驟 A:
[0055]A1:雙鍵化生物大分子的制備;將纖維素溶解于磷酸鹽緩沖液配制成質(zhì)量分數(shù)為 1%的溶液，然后向所述溶液中緩慢加入纖維素質(zhì)量3倍的丙烯酸，在40°C條件下，機械攪拌反應(yīng)4小時。將所述溶液裝入截留分子量為12000Da的透析袋中，在室溫下透析3天，將透析后液體冷凍干燥，得到丙烯酸接枝的纖維素，即雙鍵化纖維素。[〇〇56] A2:生物大分子水凝膠的制備;將雙鍵化纖維素作為單體配制成0.2g/ml溶液，加入占雙鍵化纖維素質(zhì)量百分比為3%的光引發(fā)劑903,攪拌至完全溶解，將所述溶液在波長為365nm，功率為30mW/cm2的紫外燈下照射5分鐘形成水凝膠基體；[〇〇57]步驟B:配制噻吩單體和硝苯地平形成的混合溶液，其中噻吩單體質(zhì)量為所述雙鍵化纖維素質(zhì)量的10%，硝苯地平濃度為2g/L;[〇〇58]步驟C:將步驟A制備的水凝膠基體浸泡在步驟B制成的噻吩單體和硝苯地平混合溶液中，待水凝膠基體吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出浸泡在碘酸鉀溶液中，所述碘酸鉀溶液中碘酸鉀質(zhì)量為噻吩單體質(zhì)量的2倍，室溫條件下反應(yīng)24小時，氧化聚合制得載有硝苯地平的雙鍵化纖維素基導(dǎo)電水凝膠。[〇〇59]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:A、通過甲基丙烯酸酐化在生物大分子上引入雙鍵得到雙鍵化生物大分子;將雙鍵化生 物大分子作為單體配制成溶液后加入光引發(fā)劑混合均勻，將所述溶液在光引發(fā)下聚合形成 水凝膠基體；B、配制導(dǎo)電高分子單體和藥物形成的混合溶液，所述藥物在溶液中帶負電；C、將步驟A制備的水凝膠浸泡在步驟B制成的導(dǎo)電高分子單體和藥物混合溶液中，待水 凝膠吸附所述溶液達到溶脹平衡，取出浸泡在含有氧化劑的溶液中下反應(yīng)，氧化聚合制得 所述可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于， 本發(fā)明步驟A中雙鍵化生物大分子的制備具體操作為:稱取生物大分子溶解于蒸餾水或磷 酸鹽緩沖液中配制成溶液;在生物大分子溶液中滴加0.1?20倍所述生物大分子質(zhì)量的甲 基丙烯酸酐、丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或甲基丙烯酸縮水甘油酯，然后攪拌反應(yīng)2? 24小時，將上述反應(yīng)液稀釋以終止反應(yīng)，將稀釋液置于截留分子量為5?14kDa的透析袋中， 去離子水透析后冷凍干燥，制得雙鍵化生物大分子。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟A中生物大分子為明膠，硫酸軟骨素，絲素蛋白，海藻酸鈉，纖維素或透 明質(zhì)酸。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟A中雙鍵化生物大分子溶液濃度為0.15?0.2g/ml。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟A中光引發(fā)劑為Irgacure2959、Irgacure500、Irgacure 127、TPO和紫外 光引發(fā)劑184/1173/907中任一種，所述光引發(fā)劑質(zhì)量占所述雙鍵化生物大分子質(zhì)量的百分 比為0.5%?1%。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟A中光引發(fā)反應(yīng)時間為2?10分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟B中導(dǎo)電高分子單體溶液中導(dǎo)電高分子單體為吡咯單體、苯胺單體、噻 吩類單體或5-羧基吲哚單體。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟B中混合溶液中導(dǎo)電高分子單體質(zhì)量為所述雙鍵化生物大分子質(zhì)量的 5% ?20%〇9.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其 特征在于，所述步驟B中混合溶液中藥物為青霉素、硝苯地平、地塞米松、二甲雙弧鹽酸鹽和 異煙肼中任一種，所述藥物在混合溶液中的濃度為lg/L?5g/L。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的一種可控制藥物釋放的導(dǎo)電水凝膠的制備方法， 其特征在于，所述步驟C中的氧化劑為三氯化鐵、過硫酸銨，過硫酸鉀、重鉻酸鉀、碘酸鉀或 高錳酸鉀。
【文檔編號】A61K47/36GK106009000SQ201610323264
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】魯雄, 甘東林, 韓璐, 徐僮, 謝超鳴, 劉柯志, 胥杰龍, 張宴寧
【申請人】西南交通大學(xué)