[发明专利]一种基于芳基硼酸酯交联的具有自修复和可注射性能的水凝胶的制备方法及应用

说明书

一种基于芳基硼酸酯交联的具有自修复和可注射性能的水凝胶的制备方法及应用，应用一步法合成Alg‑BOB，通过单组分自交联构筑三维网络状水凝胶。解决了常规苯硼酸的高pKa值无法构建在生理条件pH值下使用的水凝胶的技术缺陷，本发明基于Alg‑BOB侧链上的苯硼酸半酯基团与海藻酸钠糖环链上的邻位二醇基团在合适pH下形成可逆的芳基硼酸酯动态键的原理，因而通过调整pH的简便方式即可构筑得到具有可注射和自修复性能的多功能水凝胶，实现了合成简便、原材料简单、成胶方式简单。适用于工业化生产，具有广泛的应用场景。

技术领域

本发明具体涉及高分子材料制备和生物医用水凝胶技术领域，具体涉及一种基于芳基硼酸酯交联的具有自修复和可注射性能的水凝胶的制备方法及应用。

背景技术

水凝胶是亲水性聚合物通过物理或化学交联形成的具有三维网络结构的材料。水凝胶材料有良好的生物相容性和离子传送能力，其三维结构与细胞外基质相似，且便于设计和改性，使水凝胶成为生物医用领域最有前景的材料之一。然而，传统高分子水凝胶植入人体一旦破损后难以修复，该缺点不仅缩短了材料的使用寿命，而且增加了病人的风险。相比于传统水凝胶，通过可逆动态键交联的水凝胶具有可注射和自修复性能，不仅能方便地通过注射器以微创的方式进行体内植入，而且在受到外力破坏的情况下，能通过动态键的可逆性实现自修复，有望显著提升使用性能。其中，通过苯硼酸和邻位二醇之间反应形成的苯硼酸酯是较常见的动态共价键之一。但是，大多数苯硼酸的pKa值较高（7.4，一般在8-9），而苯硼酸酯的形成是pH依赖性的，即需在溶液pH高于其pKa值时方可形成苯硼酸酯。因此，常规苯硼酸酯的高pKa值严重影响了其在生物医学方面的应用。苯硼酸半酯是一种苯硼酸衍生物，其具有较低的pKa值（~7.2），因此可以在生理条件pH值下与邻位二醇反应形成芳基硼酸酯动态键，从而构建出能在生理条件下使用的水凝胶。

传统的水凝胶制备方法往往比较复杂，需要两组分以上及使用化学交联剂，体系中会残留具有生物毒性的单体、交联剂等，限制了它们在生物医用领域的应用。因此，简便的单组分自交联自修复水凝胶具有很大的实用意义。

海藻酸钠是一种价格低、来源广且可持续、生物可降解且生物相容性较好的天然多糖，基于海藻酸钠的水凝胶在生物医用领域具有巨大的应用前景。海藻酸钠主链糖环上存在邻位二醇结构，目前已有个别通过海藻酸钠与常规苯硼酸制备动态水凝胶的报道，但如前所述，这些水凝胶往往是在碱性条件下制备的，并不适用于大多数生物医学领域。因此，非常有必要能设计一种单组分且制备简便、能在生理pH条件下成胶且具有自修复和可注射性能的海藻酸钠水凝胶，这对其在体内药物递送和组织工程等生物医学领域的应用具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种基于芳基硼酸酯交联的具有自修复和可注射性能的水凝胶的制备方法及应用，既保留了可注射-自修复水凝胶优秀的物理化学性能，又使得材料设计与合成过程简便，提高了其生物相容性和应用价值，有利于其在生物医药和组织工程等领域中的进一步应用。

本发明采用的技术解决方案是：一种基于芳基硼酸酯交联的具有自修复和可注射性能的水凝胶的制备方法,其特征在于,通过以下步骤制备:

(1)制备海藻酸钠溶液:首先称取一定量的海藻酸钠溶解于去离子水中，形成透明的溶液A;

(2)称取一定量EDC，NHS溶解于去离子水中，加入到步骤(1)中配制的溶液A中，调整体系pH为5-6，室温下搅拌活化，得到活化后的溶液B;

(3)称取一定量6-氨基苯并[c] [1,2]氧杂硼杂环戊-1(3H)-醇盐酸盐(ABOB·HCl)溶解于去离子水/N,N-二甲基甲酰胺（DMF）混合溶液，加入到步骤(2)制得的溶液B中，调整体系pH为5-6，室温下搅拌反应，得到溶液C;

(4)将步骤(3)得到的溶液C在去离子水中透析若干次，直至完全去除体系中未反应的ABOB、催化剂,将所得溶液冷冻干燥，即得到接枝ABOB的海藻酸钠Alg-BOB;