一种耐高温复合水凝胶及其一锅化制备与应用

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，具体涉及魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物玻璃复合水凝胶、一锅化制备方法及应用。

背景技术

水凝胶是一种亲水性极强的具有三维网络结构的材料。水凝胶中包含有大量的水分，与生物有机体的细胞外基质饱含水分的结构相似，所以水凝胶的生物相容性好，生物功能强，是一种临床上非常受欢迎的生物材料。

能制作水凝胶基体的材料很多。其中，来自于魔芋的魔芋葡甘露聚糖，可以配置高粘度的溶液，容易获得，成本低，生物相容性好，可降解性强，是一种较好的凝胶基体材料。同时，魔芋葡甘露聚糖魔芋葡甘露聚糖凝胶是一种具有优秀耐热性能的凝胶，正如我们日常所食用的魔芋，在高温烹煮的过程中，凝胶能始终能锁住网格中的水分，保持性状，维持口感。但实际上，目前的许多以医用为目的的水凝胶都不能耐热，在成胶后再度加热会重新回复成溶胶，或者会大量失去凝胶结构中包含的水分，而失去原有的形状和活性。而随着生物材料的进步，光热疗和磁热疗等各种热治疗方式不断兴起，传统的不耐高温的水凝胶已经无法在这些热治疗场合使用。基于魔芋葡甘露聚糖开发热稳定性能好的耐热水凝胶，有利于开拓凝胶在需要热环境的医疗行为下使用。

魔芋葡甘露聚糖虽然是一种较好的水凝胶基体材料，但是其水凝胶制备过程中也存在有一定的缺陷。为了让凝胶能交联形成三位网络，常常需要使用高碘酸钠氧化后再加入高浓度的烧碱或石灰等交联剂，以促进凝胶网络形成。该工艺包括了溶解、氧化和交联等多个步骤，工艺复杂，耗时长。同时，工艺使用的高碘酸钠具有强氧化性，烧碱或石灰都具有强碱性，这些物质本身都不是生物医学修复能够直接使用到的材料，其残留可能造成凝胶生物相容性下降，不能在凝胶中加入其他活性物质等，不利于材料的研发与使用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一锅化制备魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物玻璃复合水凝胶的方法。本发明利用魔芋胶在碱性条件和有硼离子存在的情况下，都能进行交联的机理，将硼硅酸盐生物生物活性玻璃加入到魔芋溶胶中，一锅化制备魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物活性玻璃复合水凝胶。该工艺，只需要把生物相容性和修复性能很强的硼硅酸盐生物活性玻璃与魔芋胶混合，加热，就可以制得热不可逆的水凝胶材料。整个制备过程工艺简单，无需加入强氧化剂和强碱性物质。而作为交联剂的硼硅酸盐生物活性玻璃本身就是一种性能优秀的生物材料，既能修复硬组织，又能修复软组织，还能缓释药物，有利于赋予复合凝胶发挥修复和药物缓释等相应功能。同时其作为固体颗粒可以较长期地存在于凝胶中，稳定水凝胶的结构。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

第一方面，本发明请求保护一锅化制备魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物玻璃复合水凝胶的方法，包括以下步骤：

步骤一、按照mol%，配制40SiO

步骤二、称取步骤一所得的玻璃粉，加入到蒸馏水中，搅拌，形成均匀的悬浊液；

步骤三、称取魔芋葡甘露聚糖，在不断搅拌的条件下加入到步骤二所制得的悬浊液中，继续搅拌，使魔芋葡甘露聚糖完全溶解，形成乳白色的均匀悬浊高粘稠液体；

步骤四、将步骤三所制得的悬浊高粘稠液体放入水浴锅中90℃加热30 min，制得材料。

作为对上述方法的进一步优化，步骤一中，所述硼硅酸盐玻璃粉原料在450℃下烧结3h，过筛200目。

作为对上述方法的进一步优化，步骤二中，所述玻璃粉的称取量为0.1-0.5g，加入到8mL蒸馏水中，搅拌10min。更进一步地，步骤三中，所述魔芋葡甘露聚糖的称取量为0.5g。

第二方面，本发明请求保护采用上述方法制备的魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物玻璃复合水凝胶。

第三方面，本发明请求保护魔芋葡甘露聚糖/硼硅酸盐生物玻璃复合水凝胶在制备医药材料方面的应用。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）采用了一锅化反应，对设备要求低，只需要两步加料，操作简便，耗时短，易于工业化推广。

（2）采用了适当剂量的碱和硼双重凝胶化机制，无需加入高碘酸钠等强氧化剂氧化原料，或烧碱或石灰等强碱性凝胶化物质就可制得耐热稳定的材料，提高了操作安全系数，减少了强氧化剂或强碱剂残留的风险。

（3）在魔芋葡甘露聚糖凝胶中引入了硼酸盐生物活性玻璃，既利用了硼酸盐生物玻璃中的微碱性和微量硼实现了材料的凝胶化，又可以进一步利用其作为复合凝胶中的一种组分，提高拓展凝胶里含有的生物活性玻璃在医学领域的应用。

附图说明

图1是材料耐水浴加热实验实景图；

图2是材料MTT细胞增殖结果图；

图3是材料光热性能测试图；

图4是材料磁热性能结果图。

具体实施方式

一锅化制备耐高温水凝胶的方法，包含以下步骤：

1）配制40SiO

2）量取8 mL蒸馏水，加入烧杯中，备用；

3）称取0.1-0.5 g玻璃粉，将其加入步骤2）中的水溶液中，搅拌10 min，形成均匀的悬浊液；

4）称取0.5 g魔芋葡甘露聚糖，在不断搅拌的条件下，将其加入到3）步骤所制得的悬浊液中，并搅拌20 min，使魔芋葡甘露聚糖完全溶解，形成乳白色的均匀悬浊高粘稠液体；

5）将上述步骤中制得的悬浊高粘稠液体放入水浴锅中90℃加热30 min，制得材料。

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

魔芋葡甘露聚糖水凝胶的制备：

（1）配制40SiO

（2）量取8 mL蒸馏水，加入烧杯中，备用；

（3）称取0.1g玻璃粉，将其加入步骤2）中的水溶液中，搅拌10 min，形成均匀的悬浊液；

（4）称取0.5 g魔芋葡甘露聚糖，在不断搅拌的条件下，将其加入到3）步骤所制得的悬浊液中，并搅拌20 min，使魔芋葡甘露聚糖完全溶解，形成乳白色的均匀悬浊高粘稠液体；

（5）将上述步骤中制得的悬浊高粘稠液体放入水浴锅中90℃加热30 min，制得材料。

实施例2

魔芋葡甘露聚糖水凝胶的制备：

（1）配制40SiO

（2）量取8 mL蒸馏水，加入烧杯中，备用；

（3）称取0.3 g玻璃粉，将其加入步骤2）中的水溶液中，搅拌10 min，形成均匀的悬浊液；

（4）称取0.5 g魔芋葡甘露聚糖，在不断搅拌的条件下，将其加入到3）步骤所制得的悬浊液中，并搅拌20 min，使魔芋葡甘露聚糖完全溶解，形成乳白色的均匀悬浊高粘稠液体；

（5）将上述步骤中制得的悬浊高粘稠液体放入水浴锅中90℃加热30 min，制得材料。

实施例3

魔芋葡甘露聚糖水凝胶的制备：

（1）配制40SiO

（2）量取8 mL蒸馏水，加入烧杯中，备用；

（3）称取0.5 g玻璃粉，将其加入步骤2）中的水溶液中，搅拌10 min，形成均匀的悬浊液；

（4）称取0.5 g魔芋葡甘露聚糖，在不断搅拌的条件下，将其加入到3）步骤所制得的悬浊液中，并搅拌20 min，使魔芋葡甘露聚糖完全溶解，形成乳白色的均匀悬浊高粘稠液体；

（5）将上述步骤中制得的悬浊高粘稠液体放入水浴锅中90℃加热30 min，制得材料。

检测：

1）成胶性能检测。将材料放入小瓶中，在水浴前和水浴后（第一次水浴）拍照记录，观察其成胶情况。待将得到的凝胶材料冷却后，再次在90℃加热30 min（第二次水浴），观察凝胶情况，拍照记录。将第二次水浴后冷却的材料再次在90 ℃加热30 min（第三次水浴）观察凝胶情况，拍照记录。结果见图1。可见凝胶材料性能稳定，且加热不失水。

2）将材料制备成直径10毫米、厚度3毫米规格的块体，辐照灭菌，使用国标ISO10993-53进行细胞毒性检测，使用细胞为K7M2，结果见图2。可见材料不具有毒性。

3）耐高温实验。在实施案例1、实施案例2和实施案例3的第3步制备步骤中除加入生物玻璃粉外，再加入0.1g粒径为50纳米的四氧化三铁粉末，其他步骤与其相同，制备出以该胶体为基体的磁性水凝胶。将材料做成直径6毫米，厚度6毫米的圆柱体，按照实施案例1、2和3的基体顺序分别命名为X-1、X-2和X-3。

需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。