[发明专利]可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途

说明书

本发明属于水凝胶高分子材料领域，具体涉及一种可水解降解的POSS‑PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。该方法包括步骤：1)4‑arm‑PEG‑MAL与POSS‑SH在溶剂中通过Michael加成反应得到POSS‑PEG预聚物；2)将POSS‑PEG预聚物与PEG‑SH溶于弱碱性缓冲液中得到预成胶溶液，将所述预成胶溶液在反应温度下通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS‑PEG杂化水凝胶。本发明得到的水凝胶成胶速度快、力学强度好、生物相容性好、无毒且能够水解降解，是一种具有发展潜力的组织工程支架材料。

技术领域

本发明属于水凝胶高分子材料领域，具体涉及一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。

背景技术

聚乙二醇(PEG)水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的聚合物，PEG具有良好的生物相容性、无毒、免疫原性低等特点，可通过肾排出体外，经过美国FDA认可，是非常有吸引力的潜在的组织工程支架和药物运输材料。目前所报道的PEG水凝胶大多是通过Michael加成聚合或自由基引发聚合得到。自由基引发聚合的主要缺点是自由基交联会大大减少封装体内细胞生存能力，并且原位交联的水凝胶在体内的传输也是不灵便的。相比之下，Michael加成聚合避免了使用细胞毒性的自由基和紫外线，而是需要一个亲核的缓冲试剂，如三乙醇胺(TEA)或N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸(HEPES)来促进反应。

PEG水凝胶的降解性可以通过引入可水解、酶解或者其他降解方式的分子来实现。而且可以通过(i)改变PEG分子量或者浓度，(ii)形成双网络结构，(iii)引入“无机”或者“有机-无机”增强剂的方法达到可控的机械强度。而有机-无机杂化材料是近年来热门研究的新型高性能材料，受到许多材料、化学研究者的青睐。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种分子水平上的纳米杂化材料，分子尺寸在1～3nm之间，由核心的Si-O-Si键组成的无机骨架和外围的有机取代基组成有机-无机杂化结构，外围的有机取代基赋予了POSS良好的分子设计性。POSS在对聚合物韧性、热性能和力学性能上有很好的改善，同时，POSS无毒无味，具有良好的生物相容性，被认为是新一代生物医用材料。但是，由于POSS的疏水性，目前研究的POSS杂化水凝胶都是在有机溶剂(如甲苯，四氢呋喃(THF)，二甲基亚砜(DMSO)等)或者混合溶剂中(如丙酮与水的混合溶剂)进行成胶，而有机溶剂会降低水凝胶3D包埋的生物细胞的活性，这样大大局限了POSS杂化水凝胶在生物材料上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法和用途。本发明通过调控巯基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS-SH)在POSS-PEG杂化水凝胶中的质量分数获得性能(孔隙大小、机械强度、溶胀性、降解率)可控的水凝胶。本发明得到的水凝胶成胶速度快、力学强度好、生物相容性好、无毒且能够水解降解，是一种具有发展潜力的组织工程支架材料。

本发明所提供的技术方案如下：

一种可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)4-arm-PEG-MAL与POSS-SH在溶剂中通过Michael加成反应得到POSS-PEG预聚物；

2)将POSS-PEG预聚物与交联剂PEG-SH溶于弱碱性缓冲液中得到预成胶溶液，将所述预成胶溶液在反应温度下通过Michael加成交联聚合得到可水解降解的POSS-PEG杂化水凝胶。

上述技术方案通过马来酰亚氨基功能化的四臂聚乙二醇(4-arm-PEG-MAL)、POSS-SH和PEG-二巯基丙酯(PEG-SH)可以合成得到POSS-PEG杂化水凝胶。

上述反应过程由如下反应式表示：

具体的，POSS-SH与4-arm-PEG-MAL的质量百分比大于零且小于等于4％。