[发明专利]高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用，在35‑40℃下，将待增强强度的水凝胶浸泡在茶多酚(TP)溶液中5‑50h后，即得到高强度天然高分子水凝胶，其中，茶多酚(TP)溶液的质量百分数为15‑25％。以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA‑TP)与原始的水凝胶相比，经茶多酚(TP)处理的代表性天然高分子(NP)由于茶多酚(TP)和天然高分子(NP)链之间的氢键相互作用，使其拉伸/压缩强度、杨氏模量、断裂伸长率和断裂韧性分别具有明显的提高；在大鼠全层皮肤损伤模型中进行了体内的生物学实验，以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA‑TP)能够更好的促进伤口愈合。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，更具体地说涉及高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

天然高分子(NP)水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，是生物医学领域中一类重要的生物材料。然而，传统的天然高分子(NP)水凝胶由于力学性能弱、功能单一，严重限制了其在组织工程方面的应用。过去十年中，高强度水凝胶在设计原则上有了巨大的发展；然而，以前的研究主要集中在合成聚合物水凝胶上。尽管人们已经投入了大量的精力来提高天然聚合物水凝胶的机械强度，但其策略主要依赖于引入合成聚合物，这不可避免地影响其生物降解性和生物相容性。

茶叶蛋是中国著名的小吃之一，普通的蛋白凝胶是脆的，但是茶叶蛋的蛋白凝胶的强度显著增强，这是由于茶叶中的活性物质与蛋白之间的氢键相互作用导致网络密度增强所致。先前的分析测试已经确定，茶多酚(TP)是从绿茶中提取的一组多酚化合物。此外单宁酸已被用于增强水凝胶的机械强度，其增强机理可能来源于酚与聚合物之间的氢键作用。例如，将甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)水凝胶浸泡在单宁酸(TA)溶液中可以分别提高凝胶的拉伸强度和断裂伸长率。一些研究还表明，将聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酰胺(PAAm)凝胶浸泡在单宁酸(TA)溶液中可以提高它们的机械性能，然而，根据世界卫生组织的报告，高浓度单宁酸(TA)可能对人类构成致癌风险。而茶多酚(TP)具有抗氧化、伤口愈合、抗菌等作用，因此使用茶多酚(TP)来增强天然高分子水凝胶的强度。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，传统的天然高分子(NP)水凝胶由于力学性能弱、功能单一，严重限制了其在组织工程方面的应用，人们通过引入合成聚合物提高天然聚合物水凝胶的机械强度，但是这会影响其生物降解性和生物相容性，提供了高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用，以明胶为例，首先对明胶进行甲基丙烯酸酐改性接枝双键得到甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)，将甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)浸泡在茶多酚(TP)溶液中得到以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA-TP)，对制得的凝胶的机械力学性能，抗氧化性能，抗菌性能进行了测试，并且进行了体内的生物学实验。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

高强度天然高分子水凝胶及其制备方法，在35-40℃下，将待增强强度的水凝胶浸泡在茶多酚(TP)溶液中5-50h后，即得到高强度天然高分子水凝胶，其中，茶多酚(TP)溶液的质量百分数为15-25％。

待增强强度的水凝胶包括甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)、增强琼脂糖(AG)水凝胶和甲基丙烯酰化的海藻酸钠(Alg-MA)-Ca²⁺水凝胶。

浸泡温度为36-38℃，浸泡时间为6-48h。

茶多酚(TP)溶液的质量百分数为20％。

甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)的制备，按照下述步骤进行：

步骤1，将明胶置于40℃的水浴中充分溶解于去离子水中，然后，向上述溶液中加入溶剂体积2/3的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，待溶液澄清后，再加入甲基丙烯酸酐，置于40℃下反应2h沉降后，即得到产物，将所得产物溶于去离子水中再冻干后，即得到甲基丙烯酸化明胶；