專利名稱：周期性同心層狀殼聚糖水凝膠及其構建方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種殼聚糖水凝膠材料及其制備方法和應用。
背景技術：
殼聚糖作為生物大分子之一，是自然界中少有的弱堿性氨基多糖，來 源于海洋蟹殼、菌類的細胞壁等。由于殼聚糖具有優(yōu)異的生物相容性、生 物可降解性和生物活性，它廣泛應用在藥物釋放載體、組織工程支架、可 降解骨植入材料和組織修復敷料等領域。然而現(xiàn)有殼聚糖水凝膠通常采用 化學交聯(lián)法制備，由于使用的化學交聯(lián)劑具有毒性或潛在毒性，限制了殼 聚糖水凝膠在生物醫(yī)學等領域的應用，同時增加了生產(chǎn)成本。值得提出的 是現(xiàn)有的殼聚糖水凝膠結構均是無序的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有殼聚糖水凝膠存在使用具有潛在毒性的 交聯(lián)劑、結構無序和生產(chǎn)成本高的問題。本發(fā)明提供了一種周期性同心層 狀殼聚糖水凝膠及其構建方法和應用。
本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠是由殼聚糖和水制成，殼聚糖占
水凝膠總重量的3%~50%;其具有周期性同心層狀結構，且層內(nèi)的殼聚糖 呈輻射狀排列，同心層層厚為0.05 0.5mm，層數(shù)為5 30層。
本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的同心層狀結構與骨單位結構相 似，層內(nèi)的殼聚糖纖維呈輻射狀排列與自然骨內(nèi)呈輻射狀排列的骨細胞相 似。
本發(fā)明中周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法是由下述步驟實現(xiàn) 的 一、將殼聚糖粉末溶于稀酸溶液中配制濃度為0.02 0.08g/mL殼聚糖 溶液；二、用步驟一配制的殼聚糖溶液制備厚度為0.2 0.6mm膠囊狀殼聚 糖水凝膠膜；三、將步驟一制備溶液注入步驟二制備膠囊狀殼聚糖水凝膠 膜內(nèi)后立即置于凝固液內(nèi)浸泡1 30min，然后再置于醇水溶液中浸泡l 30min;四、重復步驟三的操作，然后再置于凝固液中凝固2 10h，然后 用蒸餾水清洗至洗液的pH值為7.0即可，即得到周期性同心層狀殼聚糖水
凝膠o本發(fā)明通過控制浸泡次數(shù)來層數(shù)；通過控制浸泡時間來控制層厚。 步驟一中的稀酸溶液是濃度均為0.01 0.05g/mL的檸檬酸水溶液、乙 酸水溶液或丙烯酸水溶液。步驟三中凝固液是濃度均為0.03 0.08g/mL的 NaOH的水溶液、KOH的水溶液、NaOH的醇水溶液或KOH的醇水溶液， 其中醇水溶液中醇與水的體積比為0.2 1: 1，醇水溶液中的醇為乙醇、乙 二醇、丁二醇、丙三醇或異丙醇。步驟三中醇水溶液為乙醇的水溶液、乙 二醇的水溶液、丁二醇的水溶液、丙三醇的水溶液或異丙醇的水溶液，其 中醇與水的體積比為0.2 1: 1。
本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用作藥物載體或誘導合成生物礦 物的模板。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下
1、 本發(fā)明方法以膠囊狀殼聚糖水凝膠膜為模板，利用殼聚糖水凝膠膜 擴散控制反應，在無需添加交聯(lián)劑的條件下采用交替浸泡的方法并通過調(diào) 節(jié)浸泡時間和浸泡次數(shù)構建具有周期性同心層狀殼聚糖水凝膠。該方法實 現(xiàn)了殼聚糖水凝膠和層狀結構同步生成。而目前仍然缺乏構建結構有序的 殼聚糖水凝膠的方法。
2、 本發(fā)明方法便于操作，本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的層厚 (0.05 0.5mm)與層數(shù)(5 30層)，可通過控制浸泡時間和浸泡次數(shù)控 制。
3、 本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的同心層狀結構與骨單位結構 類似，層內(nèi)的殼聚糖纖維呈輻射狀排列與自然骨內(nèi)呈輻射狀排列的骨細胞 相似，周期性同心層狀殼聚糖水凝膠可用作植入材料的藥物載體或誘導合 成生物礦物的模板。
4、 本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠時沒有引入交聯(lián)劑或其他改性 劑，只含有殼聚糖和水，故本發(fā)明的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠沒有因 交聯(lián)劑或其他改性劑存在的毒性或潛在毒性，更加安全。


圖1是具體實施方式
二十四的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠橫截面的 掃描電鏡照片。圖2是具體實施方式
二十五的周期性同心層狀殼聚糖水凝 膠橫截面的掃描電鏡照片。圖3是具體實施方式
二十七負載鹽酸多柔比星的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠橫截面照片。圖4是具體實施方式
二十七 負載鹽酸多柔比星的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠縱剖面照片。圖5是具 體實施方式三十二周期性同心層狀殼聚糖水凝膠誘導合成的含碳酸根的羥 基磷灰石的掃描電鏡照片。圖6是具體實施方式
三十二周期性同心層狀殼 聚糖水凝膠誘導合成的含碳酸根的羥基磷灰石的X射線衍射譜圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠是由殼 聚糖和水制成，殼聚糖占水凝膠總重量的3%~50%，其具有同心層狀結構， 各層內(nèi)的殼聚糖呈輻射狀排列。
本實施方式的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠是殼聚糖和水組成，因此 沒有任何毒副作用。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是同心層層 厚為0.05 0.5mm，層數(shù)為5 30層。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同 心層狀殼聚糖水凝膠的同心層狀結構與骨單位結構相似，層內(nèi)的殼聚糖纖 維呈輻射狀排列與自然骨內(nèi)呈輻射狀排列的骨細胞相似。其它與具體實施 方式一相同。
本實施方式的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠適合在生物醫(yī)學等領域的 應用。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是殼聚糖占 水凝膠總重量的5%~20%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同
心層狀殼聚糖水凝膠的同心層層厚為0.1 0.4mm。其它與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同 心層狀殼聚糖水凝膠的同心層層厚為0.2mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同
心層狀殼聚糖水凝膠的同心層層厚為0.3mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同
心層狀殼聚糖水凝膠的層數(shù)為10 20層。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的層數(shù)為15層。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式中周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建 方法是由下述步驟實現(xiàn)的 一、將殼聚糖粉末溶于稀酸溶液中配制濃度為 0.02 0.08g/mL殼聚糖溶液；二、用步驟一配制的殼聚糖溶液制備厚度為 0.2 0.6mm膠囊狀殼聚糖水凝膠膜；三、將步驟一制備溶液注入步驟二制 備膠囊狀殼聚糖水凝膠膜內(nèi)后立即置于凝固液內(nèi)浸泡1 30min，然后再置 于醇水溶液中浸泡1 30mim四、重復步驟三的操作，然后再置于凝固液 中凝固2 10h，然后用蒸餾水清洗至洗液的pH值為7.0即可，即得到周 期性同心層狀殼聚糖水凝膠。
本實施實施方式通過同時控制殼聚糖浸泡時間與浸泡次數(shù)來調(diào)控層厚 與層數(shù)。層數(shù)與浸泡次數(shù)成正比，而與浸泡時間成反比；層厚與浸泡時間 成正比、而與浸泡次數(shù)成反比。本發(fā)明制備的周期性同心層狀殼聚糖水凝 膠層數(shù)與交替時間之間的關系為n (層數(shù))=3.5+20.9Xexp (-t/15) (1) 式(1)中n為層數(shù)，且n取整數(shù)；t為浸泡時間，且0《t《45min，單位為min
本實施方式制備周期性同心層狀殼聚糖水凝膠時沒有引入交聯(lián)劑或其 他改性劑，只含有殼聚糖和水，故本發(fā)明的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠 沒有因交聯(lián)劑或其他改性劑存在的毒性或潛在毒性，更加安全。
本實施方式步驟二中膠囊狀殼聚糖水凝膠膜的制備方法如下取殼聚 糖溶液涂覆在圓柱形模具內(nèi)壁，將多余殼聚糖溶液棄除后置于濃度為 6g/mlK0H溶液內(nèi)，取出后獲得具有膠囊狀的殼聚糖水凝膠膜。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟一 中的稀酸溶液是濃度均為0.01 0.05g/mL的檸檬酸水溶液、乙酸水溶液或 丙烯酸水溶液。其它與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
十一不同的是稀酸 溶液是濃度為0.02 0.04g/mL。其它與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十一不同的是稀酸 溶液是濃度為0.03g/mL。其它與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟二 膠囊狀殼聚糖水凝膠膜的制備方法如下取步驟一制備的殼聚糖溶液涂覆
在圓柱形模具內(nèi)壁，將多余殼聚糖溶液棄除后置于0.03 0.08g/mL凝固液 內(nèi)，獲得具有膠囊狀的殼聚糖水凝膠膜。其它與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟二 中膠囊狀殼聚糖水凝膠膜的厚度為0.3 0.5mm 。其它與具體實施方式
十 相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟二 中膠囊狀殼聚糖水凝膠膜的厚度為0.4mm 。其它與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟三
中凝固液是濃度均為0.03 0.08g/mL的NaOH的水溶液、KOH的水溶液、 NaOH的醇水溶液或KOH的醇水溶液，其中醇水溶液中醇與水的體積比為 0.2 1: 1。其它與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十七不同的是凝固 液是濃度為0.04 0.06g/mL。其它與具體實施方式
十七相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十七不同是醇水溶液
中的醇為乙醇、乙二醇、丁二醇、丙三醇或異丙醇。其它與具體實施方式
十七相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十不同的是醇的水 溶液中醇與水的體積比為0.2 1: 1。其它與具體實施十相同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
十不同的是醇的 水溶液中醇與水的體積比為0.4 0.8: 1。其它與具體實施十相同。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
十不同的是醇的 水溶液中醇與水的體積比為0.6 1: 1。其它與具體實施十相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
十不同的是醇的 水溶液為乙醇的水溶液、乙二醇的水溶液、丁二醇的水溶液、丙三醇的水 溶液或異丙醇的水溶液中。其它與具體實施十相同。
具體實施方式
二十四本實施方式中周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的 構建方法是由下述步驟實現(xiàn)的 一、將殼聚糖粉末溶于濃度為0.02g/mL檸 檬酸中配制濃度為0.0"g/mL売聚糖溶液；二、用步驟一的溶液制備厚度 為0.2mm膠囊狀殼聚糖水凝膠膜；三、將步驟一制備溶液注入步驟二制備 膠囊狀殼聚糖水凝膠膜內(nèi)后立即置于濃度為0.03g/mL的NaOH的乙醇溶液 內(nèi)浸泡15min，然后再將其置于乙醇的水溶液(乙醇與水體積比為4: 5) 中浸泡15min;四、重復步驟三的操作8次，最后再置于濃度為0.03g/mL 的NaOH的乙醇溶液中凝固10h，然后用蒸餾水清洗至洗液的pH值為7.0即可，即得到周期性同心層狀殼聚糖水凝膠。本實施方式制備的周期性同
心層狀殼聚糖水凝膠的層數(shù)為12層，層厚約為0.1 0.15mm (見圖l)。
具體實施方式
二十五本實施方式周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構 建方法是由下述步驟實現(xiàn)的 一、將殼聚糖粉末溶于濃度為0.03g/mL檸檬 酸中配制濃度為0.06g/mL殼聚糖溶液；二、用步驟一的溶液制備厚度為 0.4mm膠囊狀殼聚糖水凝膠膜；三、將步驟一制備溶液注入步驟二制備膠 囊狀殼聚糖水凝膠膜內(nèi)后立即置于濃度為0.06g/mL的KOH水溶液內(nèi)浸泡 15min，然后再將其置于異丙醇的乙醇溶液(乙醇與異丙醇體積比為3: 7) 中浸泡5min;四、重復步驟三的操作24次，最后再置于濃度為0.06g/mL 的KOH水溶液中凝固8h，然后用蒸餾水清洗至洗液的pH值為7.0即可， 即得到周期性同心層狀殼聚糖水凝膠。本實施方式制備的周期性同心層狀 殼聚糖水凝膠的層數(shù)為18層、層厚約為0.03 0.05mm (見圖2)。
本實施方式步驟二種取5ml的殼聚糖溶液涂覆在圓柱形模具內(nèi)壁，將 多余殼聚糖溶液棄除后置于0.08g/mL KOH溶液內(nèi)，獲得具有膠囊狀的殼 聚糖水凝膠膜。
具體實施方式
二十六本實施方式中周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用 作藥物載體。
本實施方式周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用作藥物載體的方法如下 將具體實施方式
十制備的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠浸沒在水溶性藥物 (如注射用鹽酸多柔比星或頭孢哌酮鈉)的葡萄糖溶液中5 10h即可。
具體實施方式
二十七本實施方式中將具體實施方式
二十四制得的周 期性同心層狀殼聚糖水凝膠浸沒在0.25g/L的注射用鹽酸多柔比星葡萄糖 溶液中10h，就獲得負載鹽酸多柔比星的殼聚糖水凝膠(見圖3和4)。本 實施方式負載鹽酸多柔比星殼聚糖水凝膠具有潛在的抗腫瘤能力
具體實施方式
二十八本實施方式將具體實施方式
二十四制得的周期 性同心層狀殼聚糖水凝膠浸沒在0.4g/L的注射用頭孢哌酮鈉葡萄糖溶液中 10h，就獲得負載頭孢哌酮鈉殼聚糖水凝膠。本實施方式負載頭孢哌酮鈉殼 聚糖水凝膠具有潛在的抗菌和消炎能力。
具體實施方式
二十九本實施方式周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用來
誘導合成生物礦物。
具體實施方式
三十本實施方式與具體實施方式
二十九不同的是生物礦物為羥基磷灰石、碳酸鈣中的一種或其中的幾種組合。其它與具體實 施方式二十九相同。
本實施方式中的生物礦物為組合物時，各種生物礦物之間按任意比組合。
具體實施方式
三十一本實施方式將周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用 來誘導合成生物礦物方法如下將具體實施方式
十制備的周期性同心層狀 殼聚糖水凝膠交替浸泡在含有鈣離子和磷酸根離子溶液內(nèi)，然后置于濃度
0.03 0.08g/mL凝固液內(nèi)浸泡12h，再用蒸餾水清洗至清洗液pH值為7.0， 然后置于500 80(TC空氣爐內(nèi)煅燒3 8h，獲得類骨磷灰石的含碳酸根羥 基磷灰石生物礦物。本實施方式中的凝固液為具體實施方式
十七中所述的 凝固液。
具體實施方式
三十二本實施方式將周期性同心層狀殼聚糖水凝膠用 來誘導合成生物礦物方法如下將具體實施方式
十制備的殼聚糖水凝膠交 替浸泡濃度為0.120mol/L 、pH值為6.0的氯化鈣溶液和濃度為0.072mol/L、 pH值為6.0的磷酸二氫鈉溶液中，并重復上述交替過程3次，然后將殼聚 糖水凝膠置于濃度0.06g/mL的KOH水溶液內(nèi)浸泡12h，再用蒸餾水清洗 至清洗液pH值為7.0;然后置于700。C空氣爐內(nèi)煆燒3h，獲得類骨磷灰石 的含碳酸根羥基磷灰石生物礦物(見圖5和圖6)。
具體實施方式
三十三本實施方式將殼聚糖水凝膠用來誘導合成生物 礦物方法如下將具體實施方式
十制備的殼聚糖水凝膠交替浸泡濃度為 0.2Omol/L 、 pH值為5.0的氯化鈣溶液和濃度為0.20mol/L、 pH值為5.0 的碳酸鈉溶液中，并重復上述交替過程5次，然后將殼聚糖水凝膠置于濃 度0.04g/mL的KOH水溶液內(nèi)浸泡12h，再用蒸餾水清洗至清洗液pH值為 7.0;然后置于60(TC空氣爐內(nèi)煅燒8h，獲得碳酸鈣生物礦物。
權利要求
1、周期性同心層狀殼聚糖水凝膠，其特征在于周期性同心層狀殼聚糖水凝膠是由殼聚糖和水制成，殼聚糖占水凝膠總重量的3％～50％，其具有周期性同心層狀結構，且層內(nèi)的殼聚糖纖維呈輻射狀排列。
2、 根據(jù)權利要求1所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠，其特征在于 同心層狀殼聚糖水凝膠的同心層層厚為0.05 0.5mm，層數(shù)為5 30層。
3、 根據(jù)權利要求l所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠，其特征在于 周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的周期性同心層狀結構與骨單位結構相似， 層內(nèi)的殼聚糖纖維呈輻射狀排列與自然骨內(nèi)呈輻射狀排列的骨細胞相似。
4、 根據(jù)權利要求1所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠，其特征在于 殼聚糖占周期性同心層狀水凝膠總重量的5%~20%。
5、 如權利要求1所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法，其 特征在于周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法是由下述步驟實現(xiàn)的一、 將殼聚糖粉末溶于稀酸溶液中配制濃度為0.02 0.08g/mL殼聚糖溶液；二、 用步驟一配制的殼聚糖溶液制備厚度為0.2 0.6mm膠囊狀殼聚糖水凝 膠膜；三、將歩驟一制備溶液注入步驟二制備膠囊狀殼聚糖水凝膠膜內(nèi)后 立即置于凝固液內(nèi)浸泡1 30min，然后再置于醇水溶液中浸泡1 30min; 四、重復步驟三的操作，然后再置于凝固液中凝固2 10h，然后用蒸餾水 清洗至洗液的pH值為7.0即可，即得到周期性同心層狀殼聚糖水凝膠。
6、 根據(jù)權利要求5所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法， 其特征在于步驟一中的稀酸溶液是濃度均為0.01 0.05g/mL的擰檬酸水溶 液、乙酸水溶液或丙烯酸水溶液。
7、 根據(jù)權利要求5所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法， 其特征在于步驟二中膠囊狀殼聚糖水凝膠膜的厚度為0.3 0.5mm 。
8、 根據(jù)權利要求5所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法， 其特征在于步驟三中凝固液是濃度均為0.03 0.08g/mL的NaOH的水溶 液、KOH的水溶液、NaOH的醇水溶液或KOH的醇水溶液，其中醇水溶 液中醇與水的體積比為0.2 1: 1,醇水溶液中的醇為乙醇、乙二醇、丁二 醇、丙三醇或異丙醇。
9、 根據(jù)權利要求5所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的構建方法，其特征在于步驟三中醇水溶液為乙醇水溶液、乙二醇水溶液、丁二醇水溶 液、丙三醇水溶液或異丙醇水溶液，其中醇與水的體積比為0.2 1: 1。
10、如權利要求1所述的周期性同心層狀殼聚糖水凝膠的應用，其特 征在于同心層狀殼聚糖水凝膠用作藥物載體或誘導合成生物礦物的模板。
全文摘要
周期性同心層狀殼聚糖水凝膠及其構建方法和應用，它涉及一種殼聚糖水凝膠材料及其制備方法和應用。本發(fā)明解決了現(xiàn)有殼聚糖水凝膠使用具有潛在毒性交聯(lián)劑、結構無序和生產(chǎn)成本高的問題。本發(fā)明產(chǎn)品是由殼聚糖和水制成；其具有周期性同心層狀結構，且層內(nèi)的殼聚糖纖維呈輻射狀排列。采用交替浸泡的方法并調(diào)節(jié)浸泡時間和浸泡次數(shù)構建周期性同心層狀殼聚糖水凝膠。本發(fā)明實現(xiàn)了殼聚糖水凝膠與層狀結構同步生成。本發(fā)明產(chǎn)品具有可控層厚與層數(shù)的周期性層狀結構，該結構與骨單位結構類似，且不含任何交聯(lián)劑。本發(fā)明周期性同心層狀殼聚糖水凝膠可用作藥物載體或誘導合成生物礦物的模板。本發(fā)明方法簡單、無毒性物質(zhì)引入且生產(chǎn)成本低。
文檔編號C08J3/075GK101319048SQ20081006496
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權日2008年7月21日
發(fā)明者玉 周, 李保強, 王永亮, 賈德昌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學