【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用高分子材料，具体的说，是涉及一种壳聚糖凝胶的制备方法及应用。
技术介绍
1、壳聚糖是由n-乙酰-d-葡萄糖胺和d-葡萄糖胺单元经β-1,4糖苷键连接而成的阳离子多糖，具有类似细胞外基质(extracellular matrix,ecm)化学结构而表现出良好生物相容性和生物活性。壳聚糖存在于少量真菌体内，在自然界中含量稀少，可由甲壳素脱乙酰化处理制得。壳聚糖和甲壳素的分子结构区别在于c2位置上的取代基不同，壳聚糖是氨基(nh2)，而甲壳素是乙酰氨基(nhcoch3)。甲壳素在自然界中含量仅次于纤维素，分子结构上的氨基基团使壳聚糖比纤维素和甲壳素具有更丰富的生物活性和应用前景。壳聚糖可进一步仿生构筑为具有类ecm物理结构的多孔水凝胶以作为组织工程支架指导细胞的生物学行为。相比于人工合成高分子组织工程支架，生物质材料又因其固有的良好生物相容性、生物活性以及可生物降解等优势，而在组织工程领域备受关注。但有限的力学性能、不可控的生物降解速率以及加工过程中对其本征生物活性的影响是壳聚糖支架实际应用转化的主要限制因素，其核心问题在于匮乏对其分子特征与其使役性能间构效机制的认知。
2、鉴于不同组织间的功能和结构差异性极大，最表观的层面就体现在硬组织和软组织之间，为支架的设计与量化生产带来极大挑战。现有壳聚糖支架性能提升的策略在于复合其它材料，如：引入戊二醛、环氧氯丙烷等化学交联剂提升力学性能，代价却是生物活性的下降。壳聚糖分子上的氨基数量是决定性质的关键因素，而化学结构的变化无疑会影响物理结构、使役性能以及实际
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖水凝胶及其性能调控和制备方法及应用。首先，本专利技术提供一种碱热法实现将甲壳素定向转化为所需分子结构的壳聚糖，在此基础上提供一种具有可控分子构型的纯壳聚糖凝胶及其制备方法，且在制备过程中没有引入其它化学交联剂。最后，本专利技术至少提供一种壳聚糖水凝胶性能调控方法及应用，通过调控壳聚糖分子构型，实现制备出具有不同力学性能、降解速率、生物活性的壳聚糖凝胶，以契合复杂多样的各类组织实际修复所需。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术第一方面提供一种壳聚糖凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)利用甲壳素定向制备所需分子结构的壳聚糖
5、将甲壳素加入强碱溶液中，持续搅拌发生脱乙酰化反应，然后转移至乙醇-水溶液中充分搅拌，析出壳聚糖；利用水和乙醇反复离心和过滤以去除杂质，至滤液为中性，干燥后获得壳聚糖分子；
6、(2)溶解壳聚糖
7、称取步骤(1)中制得的壳聚糖分子，加入含有碱和尿素的混合水溶液中，室温搅拌均匀后转移至低温下持续搅拌，持续搅拌至完全冻结，并低温冷冻后室温解冻，再次低温搅拌至冷冻，将加入壳聚糖分子的混合水溶液重复进行上述步骤后获得壳聚糖溶液；
8、(3)制备纯壳聚糖水凝胶
9、将步骤(2)中的壳聚糖溶液浇筑于所需形状的模具中，转移至控温箱中进行保温，发生凝胶化转变，得到定型后的前体壳聚糖凝胶，将其转移至洗涤液中清洗，充分去除杂质获得纯壳聚糖水凝胶；
10、(4)壳聚糖凝胶内介质分子的调控过程
11、将步骤(3)获得的壳聚糖水凝胶转移至介质溶液中，于37℃恒温振荡器中进行摇晃，使介质发生置换，然后转移至烘箱中干燥以调控介质含量和结构；最后，紫外条件下灭菌48h备用，得到壳聚糖凝胶。
12、进一步地，步骤(1)所述的甲壳素的分子量为10kda～1000kda，在碱液中的质量占比为1％～10％；所述碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，碱液中碱的浓度为20wt％～40wt％；所述强碱溶液的温度为60℃～90℃，反应时间为1h～240h；所述乙醇-水溶液中，乙醇在水中的质量占比为0～100％，干燥方式为烘干或冷冻干燥。
13、进一步地，步骤(2)所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或多种，所述壳聚糖分子、碱、尿素和水的质量比为(1～6)：(8～15)：(6～10)：(75～85)，所述低温为-50℃～-40℃，所述冻结和冷冻时间为2h～6h，重复的次数为1～3次。
14、进一步地，步骤(3)所述的保温温度为25℃～70℃，保温时间为0.5h～24h，所述洗涤液为超纯水、无水乙醇、hcl中的一种或多种组合。
15、进一步地，步骤(4)所述的介质溶液为超纯水、pbs、模拟体液、血清、药物溶液中的一种或多种；其中，药物溶液为水溶性药物，包括阿司匹林、青霉素、曲安奈德和辛伐他汀中的一种或几种；置换时间为6h～240h；干燥温度为37℃～70℃，干燥时间为0～120h。
16、所述方法能够根据需要制备具有不同脱乙酰度壳聚糖凝胶。
17、本专利技术第二方面提供一种壳聚糖凝胶，采用上述方法制得，所述壳聚糖凝胶具有含水、柔软、多孔的物理特性以及多糖构成的化学结构，所述壳聚糖凝胶的脱乙酰度为50％～95％，所述壳聚糖凝胶无毒无害。
18、进一步地，所述壳聚糖凝胶为多孔结构，孔隙率为40％～60％。
19、进一步地，所述壳聚糖凝胶能够生物降解，且降解速率可调，在含溶菌酶的模拟体液环境下孵育4～16周后降解量为20％～90％。
20、进一步地，所述壳聚糖凝胶的抗压强度超过0.5mpa，抗压模量超过0.3mpa。
21、进一步地，所述壳聚糖凝胶能够促进细胞黏附、增殖以及成骨分化，具有抗活性氧能力。
22、本专利技术第三方面提供所述壳聚糖凝胶的应用，所述壳聚糖凝胶作为组织工程支架修复骨组织缺损的应用。
23、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
24、(1)本专利技术提供了一种稳定的壳聚糖合成方案，可以轻松高效获得所需氨基含量的壳聚糖分子。
25、(2)本专利技术提供了一种壳聚糖凝胶的制备方法，制备过程中未使用任何化学交联剂以及凝固浴，而不会破坏壳聚糖基材的本征特性，通过控温熵变原理实现凝胶化，过程温和，凝胶形状可定制。利用该工艺能够制备不同种类的脱乙酰度的壳聚糖凝胶，具有普适性，为生物质凝胶支架的研发设计提供有益参考思路。
26、(3)本专利技术提供了一种调控壳聚糖凝胶性能的绿色方法，通过优化并设计凝胶内壳聚糖分子结构以及凝胶介质的种类和含量，实现对壳聚糖水凝胶的力学性能、降解特性、活性氧消除能力、细胞迁移、细胞分化等各项性能的调控，该调控方法未引入有毒试剂，绿色安全，可维持凝胶基材的本征特性，为生物质凝胶支架的性能优化提供有益参考思路。
27、(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，甲壳素的分子量为10KDa～1000KDa，在碱液中的质量占比为1％～10％；所述碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，碱液中碱的浓度为20wt％～40wt％；所述强碱溶液的温度为60℃～90℃，反应时间为1h～240h；所述乙醇-水溶液中，乙醇在水中的质量占比为0～100％，干燥方式为烘干或冷冻干燥。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，保温温度为25℃～70℃，保温时间为0.5h～24h；
5.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，介质溶液为超纯水、PBS、模拟体液、血清、药物溶液中的一种或多种；其中，药物溶液为水溶性药物，包括阿司匹林、青霉素、曲安奈德和辛伐他汀中的一种或几种；
6.一种
7.根据权利要求6所述的一种壳聚糖凝胶，其特征在于，所述壳聚糖凝胶的脱乙酰度为50％～95％。
8.根据权利要求6所述的一种壳聚糖凝胶，其特征在于，所述壳聚糖凝胶的抗压强度超过0.5MPa，抗压模量超过0.3Mpa。
9.根据权利要求6所述的一种壳聚糖凝胶，其特征在于，所述壳聚糖凝胶为多孔结构，孔隙率为40％～60％。
10.一种权利要求6所述壳聚糖凝胶的应用，其特征在于，壳聚糖凝胶作为组织工程支架修复骨组织缺损的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，甲壳素的分子量为10kda～1000kda，在碱液中的质量占比为1％～10％；所述碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，碱液中碱的浓度为20wt％～40wt％；所述强碱溶液的温度为60℃～90℃，反应时间为1h～240h；所述乙醇-水溶液中，乙醇在水中的质量占比为0～100％，干燥方式为烘干或冷冻干燥。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，保温温度为25℃～70℃，保温时间为0.5h～24h；
5.根据权利要求1所述的一种壳聚糖凝胶的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘文涛，潘鹏，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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