简介: |
吴燕,曲波,赵瑾,邝清林,成国祥(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)Properties of thermo-sensitive hydrogels based on a chitosan/glycerophosphate salts complexWU Yan, QU Bo, ZHAO Jin, KUANG Qing-lin, CHENG Guo-xiang(School of Material Science and Engineering , Tianjin University, Tianjin 300072, China)
Abstract:Thermo-sensitive neutral systems based on a chitosan/glycerophosphate salt complex were prepared. Various factors that affected the properties of gels were tested, including component concentrations, the molecular weight and the degree of deacetylation of chitosan, and the percentage of α-GP in the GP, etc. Compared with the formulations using only disodium-β-glycerophosphate (β-GP), the systems based on chitosan/glycero- phosphate salt (GP, the mixture of disodium-α-glycero-phosphate (α-GP) and disodium-β-glycerophosphate (β-GP)) could turn into gels at a lower temperature. The results showed that the incipient gelation temperature (IGT) of the formulations was shifted from 37℃ to 29℃, when β-GP was substitued partially by α-GP by 30%w/w. They could form gels in 200s at 37℃ with the gel strength reaching about 0.51KPa.Key words:chitosan;glycerophosphate salt;molecular assembly;complex hydrogels摘要:采用壳聚糖与甘油磷酸盐分子组装的原理制备了具有温敏性的配合物凝胶体系,其在室温下呈液态,升温凝胶化。研究结果表明,α-甘油磷酸钠(α-GP)与β-甘油磷酸钠(β-GP)按一定比例混合与壳聚糖配合的体系,具有较宽的调节IGT的能力,可在更短的时间内凝胶,并且凝胶强度增大。当α-GP的混入比为30%w/w时,与未加入α-GP的体系相比,凝胶体系IGT可由37℃降低至29℃,并且体系在37℃下,可在200s内快速凝胶,强度可达到约0.51kPa。关键词:壳聚糖;甘油磷酸盐;分子组装;配合物凝胶中图分类号:R318.08 文献标识码:A文章编号:1001-9731(2004)增刊1 引言 可注射原位成型支架可液态包裹活性细胞和治疗药物,当注射到指定位置后,在体温、pH值、离子浓度等作用下发生凝胶化形成支架。其具有操作塑型方便、降低手术难度、减少手术创伤等优点,可被用作药物载体、填充材料、组织替代物和临时组织支架等[1]。近年来人们对天然壳聚糖作为凝胶基材进行了较多研究[2~6]。Chenite等人[7]采用壳聚糖/β-甘油磷酸钠(β-GP)制备了一种可注射中性壳聚糖凝胶体系。该体系在室温下呈液态,体温37℃下凝胶,被成功地应用于在生物体内传递生物活性生长因子,同时也被用作包裹活性软骨细胞的基体,但遗憾的是文中并没有深入研究凝胶的性能及调节控制凝胶成型的条件。作为一类可注射凝胶材料,如何在较宽的温度范围内调节初始凝胶化温度(IGT),缩短凝胶化时间,增大凝胶强度等等,尚需要进行更深入地研究。本研究采用α-GP与β-GP的混合体系,以期在保持原有凝胶支架优良性能的基础上,具有较宽的调节IGT的能力,更为快速的热响应能力,并且其凝胶强度也可得到较大幅度的提高。2 原料和方法 壳聚糖(玉环海洋生化公司,脱乙酰度为91%,粘均分子量46万,生化试剂),α-GP·5H2O和β-GP·5H2O(上海化学试剂公司,生化试剂),其它试剂均为分析纯。 精确称取1.0g的壳聚糖加入45ml 0.1mol/L的HCl溶液中,室温溶解2h后,用G3玻璃砂芯漏斗过滤,滤去不溶物质,取9ml壳聚糖滤液。称取600mg甘油磷酸盐混合物(GP,α-GP和β-GP的混合盐,设R为α-GP在GP中的质量百分含量,%w/w)溶解于1ml蒸馏水中,小心加入壳聚糖滤液中。最终溶液的pH值为7.0左右。在不同条件下测定IGT、凝胶时间和凝胶强度。3 结果与讨论3.1 IGT的影响因素 由表1可以看出,随着壳聚糖和β-GP浓度的增大,体系的IGT降低。这是因为随着壳聚糖浓度的增大,体系中游离氢离子浓度降低,用于中和体系中的游离酸的β-GP减少,与壳聚糖配合的β-GP增多,体系离子吸引力增加,体系的IGT降低。随着β-GP浓度的增大,与壳聚糖配合的β-GP增多,体系的离子吸引力增强,体系的IGT降低。研究还表明,脱乙酰度增大,体系的IGT降低。这是因为随着壳聚糖脱乙酰度的增加,体系游离氢离子浓度降低,GP与壳聚糖结合的几率增加,因此体系的IGT降低。而壳聚糖的相对分子质量的变化对体系IGT的几乎没有影响。 在实验过程中发现,往β-GP中混入α-GP,当α-GP的混入量不超过30%w/w时,所制备的中性壳聚糖配合物体系在室温下依旧能保持液态,并具有较好的流动性。由图1可以看出,随着α-GP在GP中含量的增大,壳聚糖体系的IGT呈下降趋势。与β-GP相比,α-GP的磷酸根的空间位阻小,与壳聚糖的氨基的离子吸引力更强。当α-GP在混合物盐中的含量超过某一极限时,体系中的离子吸引力增大到一定程度,会导致配合物溶液性质发生转变,由温敏型凝胶变为pH敏感型。研究还表明,随着α-GP含量的增大,体系的凝胶时间缩短。通过对比,在37℃下,CS/β-GP的凝胶化时间超过10min,而CS/GP(R=30%w/w)的凝胶时间不到200s。3.2 α-GP含量对凝胶强度的影响 由图2可以看出,在固定温度和恒温时间的条件下,随着α-GP在GP中的含量的增大,凝胶的强度增大。与CS/β-GP凝胶相比,当α-GP的混入比例达到30%w/w时,凝胶的强度增大了4倍。4 结论 提出了在β-GP中混入一定比例的α-GP的方法制备壳聚糖配合物凝胶体系。通过调节α-GP的混入比可以在较大的温度范围内调节凝胶体系的IGT,缩短凝胶时间,增大凝胶强度。当体系中α-GP混合比例超过30%w/w时,配合物体系由温敏型转变为pH敏感型。参考文献:[1] Daculsi G. Biphasic calcium phosphate concept applied to artificial bone, implant coating and injectable bone substi- tute. [J]. Biomaterials, 1998, 19: 1473-1478.[2] Molinaroa G, Lerouxa J C, Damas J. Biocompatibility of thermosensitive chitosan-based hydrogels: an in vivo experi-mental approach to injectable biomaterials. [J]. Biomaterials 2002, 23: 2717-2722.[3] Yin Y J, Yao K D, Cheng G X, et al. Properties of polyelectrolyte complex films of chitosan and gelatin. [J]. Polymer International, 1999, 48: 429-432.[4] Cheng GX, Liu J, Zhao RZ, et al. Studies on dynamic behavior of water in crosslinked chitosan hydrogels. [J]. Journal of Applied Polymer Science 1998; 67: 983-988.[5] Yao K D, Liu J, Cheng G X, et al. The Dynamic Swelling Behaviour of Chitosan-based Hydrogels. [J]. Polymer Interational, 1998, 45: 191-194.[6] Yao K D, Liu J, Cheng G X, et al. Swelling behavior of pectin /chitosan complex films. [J]. Journal of Applied Science 1996, 60: 279-283.[7] Chenite A, Chaput C, Wang D, et al. Novel injectable neutral solutions of chitosan form biodegradable gels in situ. [J]. Biomaterials 2000, 21: 2155-2161.作者简介:吴燕(1976-),女,湖南岳阳人,在读博士,2002年于天津工业大学获工学硕士学位,现在天津大学材料学院从事生物材料的研究。论文来源:中国功能材料及其应用学术会议,2004年,9月12-16日 |
|