专利摘要

专利摘要

本发明涉及一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶及其制备和应用，原料组分包括：胱胺二盐酸盐溶液和乙酰乙酸纤维素溶液。制备：在室温条件下，将胱胺二盐酸盐溶液加入到乙酰乙酸纤维素溶液中，振荡混合均匀，静置即得。本发明工艺简单，操作安全，反应条件温和，适合大多数多糖类衍生物；同时纤维素作为天然绿色材料，资源丰富，并且具有良好的生物相容性，生物可降解性。因其特有的响应性与生物相容性，该水凝胶在药物载体释放领域具有良好的应用潜能和广阔的市场前景。

权利要求

1.一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶，其特征在于：所述原料组分包括：胱胺二盐酸盐溶液和乙酰乙酸纤维素溶液；其中胱胺二盐酸盐溶液和乙酰乙酸纤维素溶液的单体摩尔比为5:1-20:1。

2.根据权利要求1所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶，其特征在于：所述胱胺二盐酸盐溶液的浓度为5-20wt％，胱胺二盐酸盐溶液的溶剂为去离子水或pH＝7.4的PBS溶液；乙酰乙酸纤维素溶液的浓度为1-4wt％，乙酰乙酸纤维素溶液的溶剂为去离子水或pH＝7.4的PBS溶液。

3.根据权利要求1所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶，其特征在于：胱胺二盐酸盐为胱胺二盐酸盐、巯基乙胺、3-巯基-1-丙胺，半胱氨酸中的一种或几种；乙酰乙酸纤维素为乙酰乙酸纤维素、乙酰乙酸甲基纤维素、乙酰乙酸羧甲基纤维、乙酰乙酸羟丙基纤维素、乙酰乙酸淀粉、乙酰乙酸甲基淀粉、乙酰乙酸羧甲基淀粉、乙酰乙酸羟丙基淀粉、乙酰乙酸透明质酸、乙酰乙酸环糊精、乙酰乙酸木质素、乙酰乙酸海藻酸钠、乙酰乙酸葡聚糖中的一种或几种。

4.一种如权利要求1-3任一所述的pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，包括：在室温条件下，将胱胺二盐酸盐溶液加入到乙酰乙酸纤维素溶液中，振荡混合均匀，静置即得双重响应性多糖水凝胶。

5.根据权利要求4所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，其特征在于：所述振荡混合：在漩涡振荡器上振荡混合均匀，静置时间为10-40min。

6.根据权利要求4所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，其特征在于：得到的双重响应性多糖水凝胶的pH响应性测试为：室温下，向所得水凝胶中加入酸液，轻微振荡，凝胶会转化为溶胶，再向溶胶中加入碱液可实现溶胶到凝胶的可逆转变；其中酸为盐酸，硫酸，磷酸中的一种，碱为氢氧化钠，氢氧化钾，三乙胺中的一种；酸液浓度为4-12M，碱液浓度为4-12M。

7.根据权利要求6所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，其特征在于：pH响应过程中，温度为10-40℃，凝胶到溶胶的转变时间为5-20min。

8.根据权利要求4所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，其特征在于：得到的双重响应性多糖水凝胶的氧化还原响应性测试：室温下，向所得水凝胶中加入还原剂溶液，轻微振荡，凝胶会转化为溶胶，再向溶胶中加入氧化剂溶液可实现溶胶到凝胶的可逆转变；其中氧化剂为双氧水H₂O₂，还原剂为二硫苏糖醇DTT，谷胱甘肽GSH中的一种，还原剂溶液的浓度为5-20wt％；氧化剂溶液的浓度为5-20wt％。

9.根据权利要求8所述的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，其特征在于：氧化还原响应过程中，温度为10-40℃，凝胶到溶胶的转变时间为30-120min。

10.一种如权利要求1-3任一所述的pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的应用，其特征在于：双重响应多糖水凝胶可作为药物缓释的载体应用在医学领域。

说明书

技术领域

本发明属于功能性水凝胶及其制备和应用领域，特别涉及一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶及其制备和应用。

背景技术

水凝胶是一类能吸水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有的结构而不被溶解，广泛用于生物载药，细胞培养、组织工程等领域。环境刺激响应性水凝胶是结构和性质可以随外界环境改变而变化的一类智能材料，它能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，而发生自身结构或体积的变化。由于刺激响应性水凝胶自身优良的性能使它在生物医学领域、记忆元件开关、生物酶固定等方面有广泛的应用前景。目前大部分的刺激响应性水凝胶主要是基于合成高分子为原料而制备，合成高分子在制备上受原料和制备工艺的影响，存在制备周期长，可控性差，经济成本高等缺陷。除此以外，合成高分子的生物相容性存在不确定性，在一定程度上限制了水凝胶的应用。因此制备多糖类响应性水凝胶，近年来受到科研工作者的广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶及其制备和应用，该方法绿色环保，工艺简单，具有广阔的市场前景。本发明利用改性的水溶性纤维素衍生物乙酰乙酸纤维素为原料，在温和的条件下与胱胺二盐酸盐反应制备含动态共价烯胺键与二硫键的多糖水凝胶，该水凝胶同时具备pH响应性和氧化还原响应性；由于纤维素良好的生物相容性，所制备的多糖水凝胶在药物载体释放领域中具备良好的应用前景。

本发明的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶，所述原料组分包括：胱胺二盐酸盐溶液和乙酰乙酸纤维素溶液；其中胱胺二盐酸盐溶液和乙酰乙酸纤维素溶液的单体摩尔比为5:1-20:1。

所述胱胺二盐酸盐溶液的浓度为5-20wt％，胱胺二盐酸盐溶液的溶剂为去离子水或pH＝7.4的PBS溶液；乙酰乙酸纤维素溶液的浓度为1-4wt％，乙酰乙酸纤维素溶液的溶剂为去离子水或pH＝7.4的PBS溶液。

胱胺二盐酸盐为胱胺二盐酸盐、巯基乙胺、3-巯基-1-丙胺，半胱氨酸中的一种或几种；乙酰乙酸纤维素为乙酰乙酸纤维素、乙酰乙酸甲基纤维素、乙酰乙酸羧甲基纤维、乙酰乙酸羟丙基纤维素、乙酰乙酸淀粉、乙酰乙酸甲基淀粉、乙酰乙酸羧甲基淀粉、乙酰乙酸羟丙基淀粉、乙酰乙酸透明质酸、乙酰乙酸环糊精、乙酰乙酸木质素、乙酰乙酸海藻酸钠、乙酰乙酸葡聚糖中的一种或几种。

本发明的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的制备方法，包括：

在室温条件下，将胱胺二盐酸盐溶液加入到乙酰乙酸纤维素溶液中，振荡混合均匀，静置即得双重响应性多糖水凝胶。

所述振荡混合：在漩涡振荡器上振荡混合均匀，静置时间为10-40min。

得到的双重响应性多糖水凝胶的pH响应性测试为：室温下，向所得水凝胶中加入酸液，轻微振荡，凝胶会转化为溶胶，再向溶胶中加入碱液可实现溶胶到凝胶的可逆转变；其中酸为盐酸，硫酸，磷酸中的一种，碱为氢氧化钠，氢氧化钾，三乙胺中的一种；酸液浓度为4-12M，碱液浓度为4-12M。

pH响应过程中，温度为10-40℃，凝胶到溶胶的转变时间为5-20min。

得到的双重响应性多糖水凝胶的氧化还原响应性测试：室温下，向所得水凝胶中加入还原剂溶液，轻微振荡，凝胶会转化为溶胶，再向溶胶中加入氧化剂溶液可实现溶胶到凝胶的可逆转变；其中氧化剂为双氧水H₂O₂，还原剂为二硫苏糖醇DTT，谷胱甘肽GSH中的一种，还原剂溶液的浓度为5-20wt％；氧化剂溶液的浓度为5-20wt％。

氧化还原响应过程中，温度为10-40℃，凝胶到溶胶的转变时间为30-120min。

本发明的一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶的应用，双重响应多糖水凝胶可作为药物缓释的载体应用在医学领域。

本发明通过乙酰乙酸纤维素与胱胺类物质反应形成三维网状结构制备双重响应性多糖类水凝胶。其中乙酰乙酸纤维素与胱胺二盐酸盐在温和的条件下反应，制备了同时含有动态化学键烯胺键和二硫键的多糖水凝胶。烯胺键和二硫键作为动态化学键分别对酸碱和氧化还原剂具有响应性，使该多糖水凝胶在一定条件下可通过调控pH值和氧化还原剂的浓度实现凝胶到溶胶的可逆转变。同时，纤维素作为天然高分子，同合成高分子相比，具备资源广泛、价格低廉、生物相容性好、易生物降解等优势。凭借其特有的响应性与良好的生物相容性，该多糖水凝胶在药物载体释放领域具有一定应用前景。

制备双重响应性多糖水凝胶的反应方程式：

其中n₁+n₂＝n

有益效果

本发明提出的双重响应性多糖凝胶制备方法中，乙酰乙酸纤维素溶液与胱胺二盐酸盐溶液可在室温下均匀混合反应，制备方法简单温和，不需要额外的催化剂和苛刻的化学条件便可形成水凝胶，该多糖水凝胶同时具备pH与氧化还原双重响应性，可实现凝胶-溶胶的可逆转变。相比单一响应性水凝胶药物释放具有更广阔的应用前景；

本发明提出的双重响应性多糖凝胶制备方法中，乙酰乙酸纤维素和胱胺二盐酸盐可溶解在PBS(pH＝7.4)溶液中，从而达到在生理条件下制备多重响应性的多糖水凝胶，该多糖水凝胶在PBS(pH＝7.4)溶液中浸渍3d后，其形态依旧保持不变，说明该凝胶在生理条件下具备良好的稳定性；

本发明提出的响应性多糖凝胶制备方法中，原料乙酰乙酸纤维素属于纤维素的一次衍生物，已实现商品化生产，资源丰富、绿色可降解、具有较好的生物相容性，同时，本发明提出的基于烯胺键与二硫键制备响应性多糖水凝胶方法，适合大多数多糖类物质及其衍生物，提供了一种制备多重响应性多糖水凝胶的新模板，在环境问题日益突出的情况下，该发明符合生态环保的要求。

附图说明

图1为实施例1乙酰乙酸纤维素溶液与胱胺二盐酸盐溶液反应制备多糖水凝胶的照片；其中图1a为乙酰乙酸纤维素的水溶液，图1b为将胱胺二盐酸盐溶液加入乙酰乙酸纤维素溶液中混合均匀后制备的水凝胶；

图2为实施例2制备的多糖水凝胶的pH响应性照片；图2a为用乙酰乙酸纤维素与胱胺二盐酸盐制备的水凝胶，图2b为向凝胶中加入盐酸溶液后转变为溶胶，图2c为向溶胶中加入等摩尔量的氢氧化钠溶液后，溶胶又转变为凝胶，图2d为向凝胶中加入盐酸溶液后，凝胶又转变为溶胶；

图3为实施例3制备的多糖水凝胶的氧化还原响应性照片；图3a为用乙酰乙酸纤维素与胱胺二盐酸盐制备的水凝胶，图3b为向凝胶中加入还原剂DTT(二硫苏糖醇)溶液后转变为溶胶，图3c为向溶胶中加入等摩尔量的双氧水溶液后，溶胶又转变为凝胶；

图4为实施例4所制得的多糖水凝胶稳定性照片，图4a为用乙酰乙酸纤维素与胱胺二盐酸盐制备的水凝胶，向凝胶中加入适量的PBS溶液进行浸泡，观察不同时间的水凝胶的形貌24h(图4b)，48h(图4c)，72h(图4d)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1)用去离子水配制浓度为2wt％的乙酰乙酸木浆纤维素溶液和10wt％的胱胺二盐酸盐溶液。室温下，将0.1965g10wt％的胱胺二盐酸盐溶液加入到2g 2wt％的乙酰乙酸纤维素溶液中，在漩涡振荡器上混合均匀后，静置40min，形成凝胶(图1)。

实施例2

1)多重响应性多糖水凝胶的制备过程及原料同实施例1

见图2，实施例1所制得的水凝胶(图2a)，向凝胶中加入高浓度的盐酸溶液(8M,100μL)，并在漩涡振荡器上小幅度震荡，凝胶在10min内变为溶胶(图2b)。然后，向溶胶中加入等摩尔量的氢氧化钠溶液(8M,100μL)，溶胶在3min内又转变为凝胶状态(图2c)，再加入高浓度的盐酸溶液(8M,100μL)，又转化为溶胶(图2d)。

实施例3

1)多重响应性多糖水凝胶的制备过程及原料同实施例1

见图3，实施例1中的水凝胶(图3a)，向凝胶中加入100μL，10wt％DTT溶液，在漩涡振荡器上轻微振荡混合均匀，实现从凝胶到溶胶(图3b)，所需时间为30-60min，之后向所得溶胶中加入等摩尔量的双氧水溶液(30wt％)，实现从溶胶到凝胶(图3c)，所需时间为10-30min。

实施例4

1)多重响应性多糖水凝胶的制备过程及原料同实施例1

见图4，实施例1所制得的水凝胶(图4a)，向凝胶中加入适量的PBS溶液浸泡，观察不同时间的水凝胶的外观，24h(图4b)，48h(图4c)，72h(图4d)。

一种pH与氧化还原双重响应多糖水凝胶及其制备和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。