CN102718991A - 一种高强度可注射水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度可注射水凝胶及其制备方法，更具体地说，涉及一种利用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的双键与巯基化天然聚合物上的巯基发生Michael加成反应，同时以聚乙二醇与聚己内酯(PEG-PCL-PEG)的三嵌段共聚物的纳米粒子为增强剂而形成的水凝胶，此类水凝胶具有较高的力学强度，为生物相容性良好且可注射水凝胶和可降解水凝胶，凝胶速率较快。该水凝胶的特点是原料价廉易得、制备方法简单，在生物医用领域具有良好的应用前景。

Description

一种高强度可注射水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度可注射水凝胶及其制备方法，更具体地说，涉及一种利用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的双键与天然聚合物上偶联的巯基发生Michael加成反应，同时以聚乙二醇与聚己内酯(PEG-PCL-PEG)的三嵌段共聚物纳米粒子为增强剂而形成的水凝胶，具较高的强度和可注射性。 

背景技术

水凝胶是一种能够在水中溶胀，吸收并保持大量水分而又不能溶解于水的三维聚合物溶胀体。水凝胶是第一种开发出来被人体使用的生物材料，在与血液、体液及人体组织相接触时，表现出良好的生物相容性，它既不影响生命体的代谢过程，代谢产物又可以通过水凝胶排出。水凝胶比其它任何合成生物材料都接近活体组织，它在性质上类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，显著改善材料的生物学性能。因此，水凝胶广泛应用于生物医药、组织工程等领域。水凝胶是组织工程良好的支架材料，大多无毒或毒性小，容易加工成型，性质类似于许多组织和细胞外基质。很多天然水凝胶和合成水凝胶都可应用于组织工程和再生医学[Kopecek J.Hydrogel biomaterials:A smart future? Biomaterials,2007,28:5185-5192;Jagur-Grodzinski J.Polymeric gels and hydrogels for biomedical and pharmaceutical applications.Polymers for Advanced Technologies,2010,21:27-47]。 

水凝胶的形成主要有物理交联和化学交联两种主要途径。物理交联水凝胶的形成可以通过温度、离子强度的变化来实现，也可以依靠电荷作用、氢键作用等途径来实现，而化学交联水凝胶则通过共价键形成。水凝胶的分类方法有多种：根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶；根据其来源可分为天然水凝胶和人工合成水凝胶；根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为普通水凝胶和智能水凝胶；另外还可按照水凝胶是否降解分为可降解性水凝胶和不可降解性水凝胶等。 

近年来可注射生物材料得到广泛研究并将对药物释放和组织工程领域具有重大影响。可注射水凝胶是一类原位形成的功能性水凝胶，其快速成型特点使得这类生物材料在临床方面具有广阔的应用前景。可注射水凝胶在体内时为凝胶状态，在体外时为溶液状态，在此状态下可以包埋如多肽、蛋白质、细胞等生物活性物质，当注射到皮下组织或肌肉组织后，由于温度的变化或化学交联反应的发生，包含有活性物质的溶液迅速转化为凝胶，而后活性物质在扩散作用和凝胶自身降解作用的双重推动下，从凝胶内平稳地释放出来，达到长期释放的效果。在包埋过程中，由于不会涉及有机溶剂，不会使得包埋物质的活性轻易丧失。可注射水凝胶的另一优势是它可通过注射方法植入体内，使流动性生物材料溶液可以充满整个具有不规则形状的受损部位，手术创伤小且容易操作[Hoffman A S.Hydrogels for biomedical applications.Advanced Drug Delivery Reviews,2002,54:3-12]。另一方面，由于DNA重组技术 和其他相关技术的发展，促进了多肽和蛋白质药物的商品化。但是，多肽和蛋白质药物在肠胃中易被降解，半衰期短，这些缺点都限制了多肽和蛋白质药物的应用。而可注射性水凝胶材料作为载体可以均匀地包埋和负载这些多肽和蛋白质药物，可以直接注入皮下而避免了被肠胃降解，还可以由扩散作用进入血管、到达受损部位，达到治病救人的目的，因此可注射水凝胶得到了进一步的发展[Sakiyama-Elbert S M W，Faxel TE,David I G.et al．The effects of soluble growth factors on embryonic stem cell differentiation inside of fibrin scaffolds.Stem Cells,2007,25:2235-2244]。 

作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，但绝大部分利用天然或合成材料制备得到的水凝胶的力学性能都很差。普通结构的水凝胶往往在较低含水量时具有一定的力学性能，而在较高含水量时（如＞90%）力学强度显著下降，甚至在极低压强下就发生碎裂。水凝胶在医学领域因其力学性能较差而限制了其应用。它们的交联点分布不规则和交联点之间具有不同的长度，使压力不能均匀地分布在聚合物链之间，因而裂纹更易出现，导致了其较差的力学性能。因此许多研究努力都集中于提高水凝胶的强度，但仍不能满足使用要求。 

近年来，合成具有高强度水凝胶的研究工作吸引了众多研究者的兴趣，并取得一定进展。如Nagayama等人制备出DN水凝胶，他们采用致密交联的聚合物为第一网络、疏松交联的聚合物为第二网络将两种网络互穿制备出双网络水凝胶，此类水凝胶的力学性能与单一网络水凝胶相比有很大程度的提高[Nakayama A,Kakugo A,Gong J P，Osada Y，Takai M,Erata T,Kawano S.High mechanical strength double-network hydrogel with bacterial cellulose.Advanced Functional Materials 2004,14:1124-1128]。而Fleury等人制备出可在聚合物链上自由滑动的“8形”交联环作为可控制交联点的拓扑形水凝胶，此类水凝胶的拉伸长度可达到原始长度的约20倍，而平衡溶胀度可达到约500[Fleury G，Schlatter G，Brochon C,Travelet C,Lapp A,Lindner P，Hadziioannou G.Topological polymer networks with sliding cross-link points:the“sliding gels”.relationship between their molecular structure and the viscoelastic as well as the swelling properties.Macromolecules 2007,40:535-543]。Haraguchi等将具有纳米尺度的无机分散体分散于聚合物基质中制备了纳米复合水凝胶，水凝胶中均匀分散的无机组分可以使水凝胶的力学性能有几十倍的提高[Haraguchi K,Farnworth R,Ohbayashi A,Takehisa T.Compositional effects on mechanical properties of nanocomposite hydrogels composed of poly(N,N-dimethylacrylamide)and clay.Macromolecules 2003,36:5732-5741]。Huang等人在大分子微球表面通过辐照引发接枝水溶性单体，并以此有微球为分散体制备出具有规整交联结构的水凝胶。由于大分子微球充当接枝共聚的节点，同时在复合体系内均匀分散而得到均匀的交联结构，因此此类复合水凝胶在力学性能上有大幅度改善[Huang T，Xu H G，Jiao K X,Zhu L P，Brown H R,Wang H L.A novel hydrogel with high mechanical strength:a macromolecular microsphere composite hydrogel.Advanced Materials 2007,19:1622-1626]。Tan等人以混合淀粉酯为原料通过自组装方法制备出粒径分布可控的纳米淀粉粒子，并以此纳米粒子为交联剂合成了聚丙烯酰胺和聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶，研究结果证实此类新型水凝胶的去溶胀速率急剧加快，而水凝胶的力学强度亦有大幅度提高[Tan Y，Xu K,Wang P，Li W，Sun S,Dong L S,High mechanical strength and rapid response rate of poly(N-isopropyl acrylamide)hydrogel crosslinked by starch-based nanospheres.Soft Matter 2010,6:1467-1471]。 

可以看出，采用多种策略和方法可以得到具有特殊结构的水凝胶，这些水凝胶在力学强度以及其他性能上都有了很大程度的提高或改进。本发明采用天然聚合物壳聚糖、明胶等生物相容性好的材料，以纳米粒作为增强剂是区别上述新型水凝胶的关键之处。 

发明内容

本发明的目的在于改善天然聚合物水凝胶的力学性能，提供一种注射型高强度天然聚合物水凝胶及其制备方法，以纳米粒子为增强剂是本发明的创新点，在不影响原料混合性能的前提下大幅提高天然聚合物水凝胶的压缩强度，从而可以克服天然聚合物水凝胶力学强度低的缺陷。此水凝胶在37℃下凝胶且快速成型，为可注射型水凝胶。所选用的壳聚糖、明胶等天然聚合物和聚己内酯、聚乙二醇等合成聚合物生物相容性好，可被生物体吸收降解。 

本发明的一种高强度可注射水凝胶，结构式如下： 

其中：a为水凝胶的主体结构，b为水凝胶的增强剂结构； 

其中R为天然聚合物壳聚糖或明胶的结构 

本发明的一种高强度可注射水凝胶，以纳米粒子为增强剂，水凝胶在37℃下快速凝胶成型，可注射，强度达到10kPa以上。 

本发明的水凝胶的方法，包括以下步骤： 

（1）将聚乙二醇溶于二氯甲烷，其浓度为2.5×10^-5～5.0×10^-5mol/mL，冰水冷却，氮气保护下不断搅拌加入三乙胺和丙烯酰氯，其中加入的三乙胺、丙烯酰氯的摩尔数分别是聚乙二醇摩尔数的2～4倍、2～5倍，下反应12～24小时后，将反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到聚乙二醇二丙烯酸酯； 

（2）称取天然聚合物配成浓度为1～10%溶液，其中天然聚合物为壳聚糖或明胶，搅拌形成悬浮液，加入N-羟基苯并三氮唑，搅拌至溶液澄清，然后加入N-乙酰-L-半胱氨酸，随后加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺，调节pH为3～5，室温搅拌3～5小时，避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存；加入的N-羟基苯并三氮唑、N-乙酰-L-半胱氨酸、碳二亚胺的摩尔数分别为天然聚合物上氨基摩尔数的1～3倍、2～4倍和4～8倍，此步骤得到巯基化天然聚合物； 

（3）将聚己内酯和纯化的乙酸乙酯加入到反应器，加热溶解后，降温至20～60℃，加入己二异氰酸酯和5～10mL纯化的乙酸乙酯,升温至70～90℃，然后加入聚乙二醇和5～10mL纯化的乙酸乙酯，继续反应；加入的己二异氰酸酯和聚乙二醇与聚己内酯摩尔比分别为2～4倍和2～5倍；然后沉析、抽滤得到聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇的三嵌段共聚物； 

（4）将三嵌段共聚物溶于二氯甲烷，冰水冷却，氮气保护下加入三乙胺和丙烯酰氯，不断搅拌，三嵌段共聚物：三乙胺：丙烯酰氯的摩尔比为1：2～4：2～4；氮气保护下反应12～24个小时，反应温度为20～25℃，将反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，得到丙烯酸化的三嵌段共聚物； 

（5）称取100～200mg丙烯酸化的三嵌段共聚物于安培皿中，溶于100mL二氯甲烷，室温磁力搅拌下，将溶液滴入双蒸水中；随着二氯甲烷的挥发，内核固化成球，丙烯酰化的三嵌段共聚物自组装成纳米胶束,离心分离除去大的聚集粒子，冻干，得到纳米粒子增强剂； 

（6）天然聚合物上的巯基、聚乙二醇二丙烯酸酯的双键、纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:1～3:0.5～2.5，将反应混合物进行超声充分搅拌，通过倒置小瓶的方法测定凝胶化时间，每30～60秒倒立小瓶一次，所有样品均在25～37℃水浴中反应30～60分钟，此步骤后制得高强度水凝胶。 

本发明是利用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的双键与天然聚合物上偶联的巯基发生Michael加成反应，同时以聚乙二醇与聚己内酯(PEG-PCL-PEG)的三嵌段共聚物纳米粒子为增强剂而形成的一种新型的高强度水凝胶。 

下面详细介绍本发明的方法： 

（1）将聚乙二醇（PEG）溶于二氯甲烷，其浓度为2.5×10^-5～5.0×10^-5mol/mL，冰水冷却，氮气保护下加入三乙胺和丙烯酰氯,其中加入的三乙胺、丙烯酰氯的摩尔数分别是PEG摩尔数的2～4倍、2～5倍，且不断搅拌。氮气保护下反应。将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到PEGDA。其中PEG:其反应原理如下所示： 

步骤（1）的反应原理化学式 

（2）步骤（1）中的温度为20～25℃，氮气保护下反应12～24小时。 

（3）称取天然聚合物（明胶或壳聚糖）配成浓度为1～10%溶液，搅拌形成悬浮液，加入N-羟基苯并三氮唑（HOBt），搅拌至溶液澄清。然后加入N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC），随后加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺（EDAC.HCL）。调节pH为3～5。室温搅拌3～5小时，避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存。加入的HOBt、NAC、EDAC.HCI的摩尔数分别为天然聚合物上氨基摩尔数的1～3倍、2～4倍和4～8倍，此步骤得到巯基化天然聚合物。其反应原理如下所示： 

步骤（3）的反应原理化学式（其中R为天然聚合物壳聚糖或明胶） 

（4）将聚己内酯（PCL）和纯化的乙酸乙酯（EAC）加入到反应器，加热溶解后，降温至20～60℃，加入己二异氰酸酯（HDI）和5～10mL的EAC,升温至70～90℃，然后加入PEG和5～10mL的EAC，继续反应。加入的HDI和PEG与PCL摩尔比分别为2～4倍和2～5倍。然后沉析、抽滤得到三嵌段共聚物PECL，其反应原理如下所示： 

步骤（4）的反应原理化学式 

（5）将PECL溶于二氯甲烷，冰水冷却，氮气保护下加入三乙胺和丙烯酰氯，不断搅拌，PECL：三乙胺：丙烯酰氯的摩尔比为1：（2～4）：（2～4）。氮气保护下反应12～24个小时进行，反应温度为20～25℃。。将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，得到丙烯酸化的PECL。此步骤反应原理与步骤3的化学式相似，将PECL简写成如下形式，其反应原理如下所示： 

步骤（5）的反应原理化学式 

（6）称取100～200mg上述样品于安培皿中，溶于100mL二氯甲烷，室温磁力搅拌下，将溶液缓慢滴入双蒸水中。随着二氯甲烷的挥发，内核固化成球，丙烯酰化的PECL自组装成纳米胶束,离心分离除去大的聚集粒子，冻干。此步骤得到纳米粒子增强剂。 

（7）天然聚合物上的巯基、PEGDA的双键、纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:（1～3）:（0.5～2.5）将反应混合物进行超声充分搅拌。通过倒置小瓶的方法测定凝胶化时间，每 30～60秒倒立小瓶一次。所有样品均在25～37℃水浴中反应30～60分钟。此步骤后制得高强度水凝胶。其中天然聚合物与PEGDA的反应原理如下所示，其增强原理如下所示： 

天然聚合物的巯基与PEGDA的反应化学式 

水凝胶的增强化学式（将丙烯酸化的PECL简写成反应物1的形式） 

本发明具有如下优点：本发明制得的新型水凝胶，具有良好的生物降解性和生物相容性。纳米粒起到增强剂的作用，从而提高水凝胶的强度。制备的水凝胶强度可以达到kPa级，可称为高强度水凝胶。此外，此水凝胶凝胶时间较短，具有可注射性。 

以壳聚糖为例，测试水凝胶的压缩强度如表－1所示，通过数据可以看出，纳米粒子的加入大大提高了水凝胶的强度，纳米粒起到了增强剂的作用，但对水凝胶材料的细胞毒性没有影响。 

表－1加入纳米粒后水凝胶的压缩强度变化 

以壳聚糖为例，测试的凝胶时间如表－2所示，水凝胶的凝胶的时间均在30min以下，其中最快的可以在5min之内。 

表－1加入纳米粒对水凝胶的凝胶时间的影响 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。 

实施例1 

（1）将5.0×10^-5mol PEG（Mw=2000）溶于100mL二氯甲烷中，冰水冷却，氮气保护下加入0.01mol三乙胺和0.025mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应12小时。将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到PEGDA2000。 

（2）将1.00g壳聚糖（Mn=30,0000）溶解在100ml的纯净水中，搅拌形成悬浮液后加入697.2mg(5.16mmol)的HOBt，搅拌至溶液澄清。然后加入3.368g(20.64mmol)的NAC，随后加入EDAC·HCL 7.914g（41.28mmol），通氮气、避光、调节pH为5。室温搅拌反应3小时后，在避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存。 

（3）将10g(5.0×10^-5mol)的PCL(Mn=2000)和10mL的EAC加入到装有搅拌器、温度计及冷凝管的100mL四口瓶中,加热溶解后，降温至40℃，加入0.017g(1.0×10^-4mol)HDI和5mL的EAC，升温至80℃反应3小时，然后加入20g(1.0×10^-4mol)的PEG(Mn=2000)和10mL的EAC,继续反应3小时左右。粗产物溶于氯仿，然后加入到20倍的冷乙醚中沉析,减压抽滤得到PECL两亲性三嵌段共聚物。 

（4）取步骤（3）中合成的样品0.015mol，溶于300ml二氯甲烷，冰水冷却至0℃，氮气保护下加入0.03mol三乙胺和0.075mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应12小时（其间适时补加二氯甲烷）。将最终反应液过滤，用冷乙醚沉淀，减压抽滤。所得产物再次溶于三氯甲烷，用冷乙醚沉淀，减压抽滤，如此重复三次，最后产物常温真空干燥24小时，收集备用。 

（5）取经步骤（4）处理后的样品100mg于安培皿中，溶于3mL二氯甲烷(DCM),室温磁力搅拌下，把溶液滴入10mL双蒸水中。随着DCM的挥发，内核固化成球，PECL自组装成纳米胶束，离心分离除去大的聚集粒子，清液经冷冻干燥得PECL纳米冻干粉。 

（6）取（2）中壳聚糖上的巯基：（1）中PEGDA2000的双键：（5）纳米粒子的表面上的 双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定的凝胶时间为4分钟，测定的压缩强度为17.8kPa，此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间较短，适合注射。 

实施例2 

（1）将5.0×10^-5mol PEG（Mw=2000）溶于100mL二氯甲烷中，冰水冷却，氮气保护下加入0.01mol三乙胺和0.02mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应12小时。将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到PEGDA2000。 

（2）将1.00g壳聚糖（Mn=30,0000）溶解在100ml的纯净水中，搅拌形成悬浮液后加入2091.6mg(15.48mmol)的HOBt，搅拌至溶液澄清。然后加入1.684g(10.32mmol)的NAC，随后加入EDAC·HCL 3.957g（20.64mmol），通氮气、避光、调节pH为4。室温搅拌反应5小时后，在避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存。 

（3）将10g(5.0×10^-5mol)的PCL(Mn=2000)和10mL的EAC加入到装有搅拌器、温度计及冷凝管的100mL四口瓶中,加热溶解后，降温至20℃，加入0.017g(1.0×10^-4mol)HDI和5mL的EAC，升温至70℃反应3小时，然后加入20g(1.0×10^-4mol)的PEG(Mn=2000)和5mL的EAC,继续反应3小时左右。粗产物溶于氯仿，然后加入到20倍的冷乙醚中沉析,减压抽滤得到PECL两亲性三嵌段共聚物。 

（4）取步骤（3）中合成的样品0.015mol，溶于300ml二氯甲烷，冰水冷却至0℃，氮气保护下加入0.015mol三乙胺和0.045mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应12小时（其间适时补加二氯甲烷）。将最终反应液过滤，用冷乙醚沉淀，减压抽滤。所得产物再次溶于三氯甲烷，用冷乙醚沉淀，减压抽滤，如此重复三次，最后产物常温真空干燥24小时，收集备用。 

（5）取经步骤（4）处理后的样品100mg于安培皿中，溶于3mL二氯甲烷(DCM),室温磁力搅拌下，把溶液滴入10mL双蒸水中。随着DCM的挥发，内核固化成球，PECL自组装成纳米胶束，离心分离除去大的聚集粒子，清液经冷冻干燥得PECL纳米冻干粉。 

（6）取（2）中壳聚糖上的巯基：（1）中PEGDA2000的双键：（5）纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定的凝胶时间为4分钟，测定的压缩强度为17.4kPa，此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间较短，适合注射。 

实施例3 

（1）将5.0×10^-5mol PEG（Mw=2000）溶于100mL二氯甲烷中，冰水冷却，氮气保护下加入0.02mol三乙胺和0.025mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应18小时。将最终反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到PEGDA2000。 

（2）将1.00g壳聚糖（Mn=30,0000）溶解在100ml的纯净水中，搅拌形成悬浮液后加入1045.8mg(7.74mmol)的HOBt，搅拌至溶液澄清。然后加入3.368g(22.64mmol)的NAC，随后加入EDAC·HCL 7.914g（41.28mmol），通氮气、避光、调节pH为5。室温搅拌反应5小时 后，在避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存。 

（3）将10g(5.0×10^-5mol)的PCL(Mn=2000)和10mL的EAC加入到装有搅拌器、温度计及冷凝管的100mL四口瓶中,加热溶解后，降温至60℃，加入0.034g(2.0×10^-4mol)HDI和10mL的EAC，升温至90℃反应3小时，然后加入40g(2.0×10^-4mol)的PEG(Mn=2000)和10mL的EAC,继续反应3小时左右。粗产物溶于氯仿，然后加入到20倍的冷乙醚中沉析,减压抽滤得到PECL两亲性三嵌段共聚物。 

（4）取步骤（3）中合成的样品0.015mol，溶于300ml二氯甲烷，冰水冷却至0℃，氮气保护下加入0.060mol三乙胺和0.060mol丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应18小时（其间适时补加二氯甲烷）。将最终反应液过滤，用冷乙醚沉淀，减压抽滤。所得产物再次溶于三氯甲烷，用冷乙醚沉淀，减压抽滤，如此重复三次，最后产物常温真空干燥24小时，收集备用。 

（5）取经步骤（4）处理后的样品100mg于安培皿中，溶于3mL二氯甲烷(DCM),室温磁力搅拌下，把溶液滴入10mL双蒸水中。随着DCM的挥发，内核固化成球，PECL自组装成纳米胶束，离心分离除去大的聚集粒子，清液经冷冻干燥得PECL纳米冻干粉。 

（6）取（2）中壳聚糖上的巯基：（1）中PEGDA2000的双键：（5）纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定的凝胶时间为3分钟，测定的压缩强度为18.0kPa，此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间较短，适合注射。 

实施例4 

原料与实施例1基本相同，将实施例1的（1）和（6）调整为： 

（1）将5.0×10^-5mol的PEG（Mw=575）溶于100mL二氯甲烷中，冰水冷却，氮气保护下加入0.01mol的三乙胺和0.025mol的丙烯酰氯，不断搅拌。升温至室温，氮气保护下反应12小时。将最终反应液过滤、沉淀、减压抽滤，最后产物常温真空干燥。此步骤得到PEGDA575。 

（6）取（2）中壳聚糖上的巯基：（1）中PEGDA575的双键：（5）纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定的凝胶时间为约为10分钟，测定的压缩强度为10.1kPa。此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间不长，可以注射。 

实施例5 

原料与实施例1基本相同，将实施例1的（2）和（6）调整为： 

（2）将2.00g的A型明胶溶解在100ml的纯净水中，搅拌形成悬浮液后，加入HOBt0.5067g（3.75mol），搅拌至溶液澄清。然后加入2.448g(15.02mol)的NAC，随后加入EDAC·HCL5.751g(29.97mol)，避光、通氮气，调节pH为5。室温搅拌3小时，避光4℃下透析三天后冻干，冷藏保存。 

（6）取（2）中明胶上的巯基：（1）中PEGDA2000的双键：（5）纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定 的凝胶时间为约为10分钟，测定的压缩强度为11.4kPa。此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间不长，可以注射。 

实施例6 

原料与实施例3基本相同，将实施例3的（2）和（6）调整为： 

（2）将2.00g的A型明胶溶解在100ml的纯净水中，搅拌形成悬浮液后，加入HOBt0.6135g(4.54mol)，搅拌至溶液澄清。然后加入2.7236g(16.71mol)的NAC，随后加入EDAC·HCL4.8353g(25.18mol)，避光、通氮气，调节pH为5。室温搅拌4小时，避光4℃下透析三天后冻干，冷藏保存。 

（6）取（2）中明胶上的巯基：（1）中PEGDA2000的双键：（5）纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1:2:1，将反应混合物进行超声充分搅拌。37℃条件下通过倒置小瓶的方法测定的凝胶时间为约为9分钟，测定的压缩强度为11.7kPa。此实施例在37℃条件下凝胶，且凝胶时间不长，可以注射。 

Claims (3)

1.一种高强度可注射水凝胶，其特征是结构式如下：

其中：a为水凝胶的主体结构，b为水凝胶的增强剂结构；

其中R为天然聚合物壳聚糖或明胶的结构。

2.如权利要求1所述的一种高强度可注射水凝胶，其特征是以纳米粒子为增强剂，水凝胶在37℃下快速凝胶成型，可注射，强度达到10kPa以上。

3.制备权利要求1或2所述的水凝胶的方法，其特征是包括以下步骤：

(1)将聚乙二醇溶于二氯甲烷，其浓度为2.5×10^-5～5.0×10^-5mol/mL，冰水冷却，氮气保护下不断搅拌加入三乙胺和丙烯酰氯，其中加入的三乙胺、丙烯酰氯的摩尔数分别是聚乙二醇摩尔数的2～4倍、2～5倍，下反应12～24小时后，将反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，收集备用，此步骤得到聚乙二醇二丙烯酸酯；

(2)称取天然聚合物配成浓度为1～10％溶液，其中天然聚合物为壳聚糖或明胶，搅拌形成悬浮液，加入N-羟基苯并三氮唑，搅拌至溶液澄清，然后加入N-乙酰-L-半胱氨酸，随后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺，调节pH为3～5，室温搅拌3～5小时，避光4℃下透析三天，冻干，冷藏保存；加入的N-羟基苯并三氮唑、N-乙酰-L-半 胱氨酸、碳二亚胺的摩尔数分别为天然聚合物上氨基摩尔数的1～3倍、2～4倍和4～8倍，此步骤得到巯基化天然聚合物；

(3)将聚己内酯和纯化的乙酸乙酯加入到反应器，加热溶解后，降温至20～60℃，加入己二异氰酸酯和5～10mL纯化的乙酸乙酯，升温至70～90℃，然后加入聚乙二醇和5～10mL纯化的乙酸乙酯，继续反应；加入的己二异氰酸酯和聚乙二醇与聚己内酯摩尔比分别为2～4倍和2～5倍；然后沉析、抽滤得到聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇的三嵌段共聚物；

(4)将三嵌段共聚物溶于二氯甲烷，冰水冷却，氮气保护下加入三乙胺和丙烯酰氯，不断搅拌，三嵌段共聚物∶三乙胺∶丙烯酰氯的摩尔比为1∶2～4∶2～4；氮气保护下反应12～24个小时，反应温度为20～25℃，将反应液过滤，沉淀，减压抽滤，最后产物常温真空干燥，得到丙烯酸化的三嵌段共聚物；

(5)称取100～200mg丙烯酸化的三嵌段共聚物于安培皿中，溶于100mL二氯甲烷，室温磁力搅拌下，将溶液滴入双蒸水中；随着二氯甲烷的挥发，内核固化成球，丙烯酰化的三嵌段共聚物自组装成纳米胶束，离心分离除去大的聚集粒子，冻干，得到纳米粒子增强剂；

(6)天然聚合物上的巯基、聚乙二醇二丙烯酸酯的双键、纳米粒子的表面上的双键的摩尔比为1∶1～3∶0.5～2.5，将反应混合物进行超声充分搅拌，通过倒置小瓶的方法，测定凝胶化时间，每30～60秒倒立小瓶一次，所有样品均在25～37℃水浴中反应30～60分钟，此步骤后制得高强度水凝胶。