CN114699364B - 一种海藻酸盐可注射水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医药材料技术领域，涉及一种海藻酸盐可注射水凝胶及其制备方法与应用。其制备方法为：制备海藻酸钠水溶液，向海藻酸钠水溶液中滴加金属氯化物的水溶液进行交联反应；在滴加金属氯化物的水溶液的过程以及交联反应的过程中均在快速搅拌条件下进行，快速搅拌的转速不低于200rpm，所述金属氯化物中的金属元素为碱土金属元素或过渡金属元素。本发明无需经过化学修饰、改性、复合其他成分即可获得可注射的海藻酸盐水凝胶，制备方法简单，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于生物医药材料技术领域，涉及一种海藻酸盐可注射水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
据发明人研究了解，传统方法下获得海藻酸盐水凝胶是块状胶体，不具备可注射性。而使海藻酸盐水凝胶具备可注射性往往需要化学修饰、改性、复合其他成分，步骤繁琐，成本高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种海藻酸盐可注射水凝胶及其制备方法与应用，本发明无需经过化学修饰、改性、复合其他成分即可获得可注射的海藻酸盐水凝胶，制备方法简单，易于工业化生产。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种海藻酸盐可注射水凝胶的制备方法，制备海藻酸钠水溶液，向海藻酸钠水溶液中滴加金属氯化物的水溶液进行交联反应；在滴加金属氯化物的水溶液的过程以及交联反应的过程中均在快速搅拌条件下进行，快速搅拌的转速不低于200rpm，所述金属氯化物中的金属元素为碱土金属元素或过渡金属元素。
海藻酸盐水凝胶是通过金属离子与海藻酸钠通过交联形成。一般制备海藻酸盐水凝胶的方法是将海藻酸钠水溶液与金属氯化物的水溶液直接混合。由于金属离子与海藻酸钠的交联速度较快，导致海藻酸盐水凝胶饱和交联，从而呈现高韧性，形成块状整体，所以无法注射。
本发明滴加金属氯化物的水溶液交联海藻酸钠时，加入的金属氯化物总量低于完全交联所需的量，并通过快速搅拌，使得金属离子能够充分与每一条海藻酸钠分子链进行结合，形成均匀不完全交联状态，从而达到可注射的目的。
另一方面，一种海藻酸盐可注射水凝胶，由上述制备方法获得。
第三方面，一种上述海藻酸盐可注射水凝胶作为载体在制备载体药物中的应用。
第四方面，一种载体药物，包括载体和活性药物，所述活性药物负载在所述载体上，所述载体为上述海藻酸盐可注射水凝胶。
本发明的有益效果为：
本发明通过在快速搅拌的条件下，向海藻酸钠水溶液中滴加不足量金属氯化物的水溶液，使金属离子能够充分与每一条SA分子链进行结合，形成均匀不完全交联状态，从而实现可注射性能。本发明形成的海藻酸盐可注射水凝胶能够通过注射器注射到病灶处，从而实现不同类型疾病的原位治疗。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶的图片，a为海藻酸盐可注射水凝胶倒置后的图片，b为实施例1制备的海藻酸钙可注射水凝胶通过注射形成的图片，c为实施例2制备的海藻酸钴可注射水凝胶通过注射形成的图片，d为实施例3制备的海藻酸锰可注射水凝胶通过注射形成的图片，e为实施例4制备的海藻酸铜可注射水凝胶通过注射形成的图片，f为实施例5制备的海藻酸锌可注射水凝胶通过注射形成的图片；
图2为本发明实施例1、6～9制备的不同交联度的海藻酸盐产品的扫描电镜图片；
图3为本发明实施例12制备的负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶的表征图，a为可注射性表征图，b为抗菌性检测的光学图片，c为空白条件下菌群低倍率扫描电镜图片，d为添加实施例1制备的海藻酸钙可注射水凝胶的菌群低倍率扫描电镜图片，e为添加实施例12制备的负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶的菌群低倍率扫描电镜图片，f为空白条件下菌群高倍率扫描电镜图片，g为添加实施例1制备的海藻酸钙可注射水凝胶的菌群高倍率扫描电镜图片，h为添加实施例12制备的负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶的菌群高倍率扫描电镜图片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于常规方法制备的海藻酸盐水凝胶不具备可注射性的缺点，本发明提出了一种海藻酸盐可注射水凝胶及其制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种海藻酸盐可注射水凝胶的制备方法，制备海藻酸钠水溶液，向海藻酸钠水溶液中滴加金属氯化物的水溶液进行交联反应；在滴加金属氯化物的水溶液的过程以及交联反应的过程中均在快速搅拌条件下进行，快速搅拌的转速不低于200rpm，所述金属氯化物中的金属元素为碱土金属元素或过渡金属元素。
本发明滴加金属氯化物的水溶液时，使进入海藻酸钠水溶液中的金属氯化物的量不足，通过快速搅拌，使得金属离子能够充分与每一条SA分子链进行结合，形成均匀不完全交联状态，该不完全交联状态在材料宏观形态上表现为无法自行流动的膏状，但是通过挤压可以产生形变，从而达到可注射的目的。例如海藻酸钠需要10n个Ca2+交联达到饱和状态，即块状高韧性；在本发明中只提供5n个，使其处于不完全交联状态。快速搅拌的作用就是使这5n个Ca2+均匀的接触的整体的海藻酸钠。当没有快速搅拌时，5n个Ca2+只会完全饱和交联1/2量的海藻酸钠，即一半是块状高韧性状态，另一半还是流动态。而当形成块状高韧性状态时，无论如何处理均无法使其达到可注射的状态。
该实施方式的一些实施例中，所述快速搅拌的转速为200～3000rpm。
该实施方式的一些实施例中，海藻酸钠水溶液的浓度为1～20wt.％。该浓度下制备的水凝胶的凝胶性以及可注射性更好。
该实施方式的一些实施例中，金属氯化物的水溶液的浓度为0.1～10wt.％。优选地，金属氯化物的水溶液的浓度为0.5～5wt.％。该浓度下能够对快速搅拌的速度适应范围更广，保证形成的藻酸盐可注射水凝胶的成功率更高。
该实施方式的一些实施例中，海藻酸钠水溶液的体积与滴加的金属氯化物的水溶液的总体积的比为1:0.1～10。该条件下能够进一步保证制备的水凝胶的凝胶性以及可注射性。
该实施方式的一些实施例中，所述制备方法在室温下进行。本发明所述的室温是指室内环境的温度，一般为15～30℃。
该实施方式的一些实施例中，所述金属氯化物为氯化钙、氯化锌、二氯化钴、二氯化锰、氯化铜。
本发明的另一种实施方式，提供了一种海藻酸盐可注射水凝胶，由上述制备方法获得。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述海藻酸盐可注射水凝胶作为载体在制备载体药物中的应用。
本发明的第四种实施方式，提供了一种载体药物，包括载体和活性药物，所述活性药物负载在所述载体上，所述载体为上述海藻酸盐可注射水凝胶。
该实施方式的一些实施例中，所述活性药物为抗菌药物、抗炎药物、组织修复药物、抗癌药物。
其具体过程为：在制备海藻酸盐可注射水凝胶的过程中，添加活性药物。其使用方法为，将载体药物通过注射器注射到病灶处，比如牙周炎的牙周袋、皮肤缺损、骨缺损、脊髓损伤处、肿瘤组织中等，从而实现病灶处的原位治疗。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
制备4mL浓度为5wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为1wt.％的氯化钙水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得海藻酸钙可注射水凝胶。
实施例2
制备4mL浓度为8wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1000rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为4wt.％的二氯化钴水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌4min，即得海藻酸钴可注射水凝胶。
实施例3
制备4mL浓度为2wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为2wt.％的二氯化锰水溶液，5min滴加完毕，继续搅拌5min，即得海藻酸锰可注射水凝胶。
实施例4
制备4mL浓度为1wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为2000rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加0.4mL浓度为0.5wt.％的氯化铜水溶液，5min滴加完毕，继续搅拌10min，即得海藻酸铜可注射水凝胶。
实施例5
制备1mL浓度为20wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为2500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加5mL浓度为1wt.％的氯化锌水溶液，10min滴加完毕，继续搅拌10min，即得海藻酸锌可注射水凝胶。
实施例6
制备4mL浓度为5wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL的水，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得空白海藻酸钠水溶液。
实施例7
制备4mL浓度为5wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为0.5wt.％的氯化钙水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得流动态海藻酸钙水凝胶。
实施例8
制备4mL浓度为5wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为2wt.％的氯化钙水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得海藻酸钙可注射水凝胶。
实施例9
制备4mL浓度为5wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为4wt.％的氯化钙水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得固态海藻酸钙水凝胶。
实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶，如图1所示。图1a可以看出，实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶倒置后，不会随重力向下流延，表明实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶不具有流动性。图1b、1c、1d、1e、1f是利用注射器将实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶通过注射制成的图形，可以表明实施例1～5制备的海藻酸盐可注射水凝胶的可注射性良好。
实施例1、6～9制备的产品冷冻干燥后的微观形貌如图2所示。图2表明，在海藻酸钠浓度为5wt％时，随着氯化钙的浓度增加，海藻酸钙水凝胶的交联程度显著增加，随着交联程度的增加，海藻酸钠分子逐渐被链接为大片状。当加入的CaCl2为4％时，海藻酸钙水凝胶具有高的交联度，不在具有可注射性。当为1％时，具有最适宜的注射性。
实施例10
制备4mL浓度为1wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加0.1mL浓度为4wt.％的氯化钙水溶液，5min滴加完毕，继续搅拌5min，即得海藻酸钙可注射水凝胶。
实施例11
制备4mL浓度为10wt.％的海藻酸钠水溶液，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加0.2mL浓度为10wt.％的氯化钙水溶液，5min滴加完毕，继续搅拌5min，即得海藻酸钙可注射水凝胶。
实施例12
制备4mL浓度为5％的海藻酸钠水溶液，添加20mg盐酸米诺环素，在转速为1500rpm的搅拌添加下，向海藻酸钠水溶液滴加1mL浓度为1wt.％的氯化钙水溶液，2min滴加完毕，继续搅拌2min，即得负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶。
负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶的可注射性如图3a所示。
对制备的负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶进行抗菌性检测。
抑菌环：将100μL负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶注射进高度4mm、直径4mm的管状容器，备用。用无菌棉棒蘸取2cm2面积的金黄色葡萄球菌单菌落放入10mL无菌生理盐水中，混合均匀后用生理盐水调整菌液浓度至OD＝0.257(约1×108CFU/mL)，震荡均匀后备用，稀释至104CFU/mL，震荡均匀后备用。取200μL用涂布棒均匀涂布于营养琼脂板，待菌液干燥后，于琼脂板上放置装有盐酸米诺环素的水凝胶的管状容器。放进37℃恒温需氧培养箱，10h后取出拍照，分析抑菌环大小。
形貌观测：取4mL负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶置于50mL无菌离心管中，6000rpm离心2min，使凝胶位于管底。加入15mL的106菌液。与细菌共培养5小时，并离心收集菌液，用生理盐水清洗2次。随后加入500μL电镜固定液，4℃过夜。次日用35％、50％、65％、80％、95％、100％乙醇梯度脱水，每次脱水15min。脱水完成后，将菌液分散在无水乙醇中，并用扫描电镜观察。
检测结果如图3b-h所示。
单纯的海藻酸钙可注射水凝胶不具备抗菌性，负载盐酸米诺环素后，通过药物缓释能够产生明显的抑菌环(图3b)。图3c-h为不同条件处理下，通过扫描电镜表征的细菌形态图(图3c-e为低倍图片；图3f-h为高倍图片)。海藻酸钙可注射水凝胶组中的细菌形貌和空白组中的相似，表明其对细菌没有抗性。在负载盐酸米诺环素的海藻酸钙可注射水凝胶组，存在大量的细菌碎片，表明其具有良好的抗菌性，与抑菌环实验结果一致。
本实施例表明本发明制备的海藻酸盐可注射水凝胶具有良好的药物负载性，并通过负载抗菌药物可发挥有效的抗菌作用，从而在药物递送和缓释具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种海藻酸盐可注射水凝胶的制备方法，其特征是，制备海藻酸钠水溶液，向所述海藻酸钠水溶液中滴加金属氯化物的水溶液进行交联反应；在滴加金属氯化物的水溶液的过程以及交联反应的过程中均在快速搅拌条件下进行，所述金属氯化物中的金属元素为碱土金属元素或过渡金属元素；
所述快速搅拌的转速为500~3000 rpm；
海藻酸钠水溶液的浓度为1~20 wt.%；
金属氯化物的水溶液的浓度为0.5~5wt.%；
海藻酸钠水溶液的体积与滴加的金属氯化物的水溶液的总体积的比为1:0.1~10；
所述金属氯化物为氯化钙、氯化锌、二氯化钴、二氯化锰或氯化铜；
通过在快速搅拌的条件下，向海藻酸钠水溶液中滴加不足量金属氯化物的水溶液，使金属离子能够充分与每一条SA分子链进行结合，形成均匀不完全交联状态。
2.一种权利要求1所述的海藻酸盐可注射水凝胶作为载体在制备载体药物中的应用。
3.一种载体药物，包括载体和活性药物，所述活性药物负载在所述载体上，其特征是，所述载体为权利要求2所述的海藻酸盐可注射水凝胶。
4.如权利要求3所述的载体药物，其特征是，所述活性药物为抗菌药物、组织修复药物、抗癌药物。
5.如权利要求3所述的载体药物，其特征是，所述活性药物为抗炎药物。
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