PEGDA水凝膠的制備,及其溶脹性和藥物釋放的研究

1、PEGDA水凝膠的制備及其溶脹性和藥物釋放的研究【摘要】本文使用已除水除雜的有機(jī)物PEG和丙烯酰氯在三乙胺的催化條件下 制備得到聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）,并通過葡聚糖凝膠柱分離不同分子量的 PEGDAo然后利用制備的分子量相同的PEGDA配置成不同濃度的PEGDA溶液，在 UV光照射條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制備得到含有不同濃度PEGDA的PEGDA水凝膠。 在實(shí)驗(yàn)中，使用了紅外光譜對(duì)聚乙二醇（PEG）的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并且使用 核磁共振對(duì)聚乙二醇（PEG）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）進(jìn)行表征，同時(shí)討 論了 PEGDA水凝膠的吸水能力（溶脹率）、藥物釋放能力（以羅丹明釋放為例） 等凝膠

2、性能。研究發(fā)現(xiàn)，PEGDA水凝膠的溶脹率與時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，以羅丹明 為例的藥物釋放，水凝膠與釋放的時(shí)間也息息相關(guān)，并且用于制備水凝膠的 PEGDA溶液的濃度對(duì)其溶脹率、藥物釋放量等材料功能也有密切的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)的 結(jié)果表明通過調(diào)節(jié)制備水凝膠的PEGDA溶液的濃度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PEGDA水凝膠的 性能調(diào)節(jié)，這將有助于在以后的實(shí)驗(yàn)中，在生物材料應(yīng)用中設(shè)計(jì)合適性能的水凝 膠。關(guān)鍵詞：聚乙二醇（PEG）、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、水凝膠、溶脹、釋放水凝膠類物質(zhì)由于具有良好的吸水性、黏彈性以及與人體組織相近的力學(xué)性 能，近些年來廣泛地運(yùn)用于組織工程等領(lǐng)域，水凝膠作為組織工程支架，能夠起 到細(xì)胞載體

3、的作用，允許營養(yǎng)物質(zhì)的交換與代謝產(chǎn)物的排出，同時(shí)能夠起到力學(xué) 支撐作用。水凝膠可分為天然材料與人工材料天然材料，雖然具有與人體組織相同或相 近的化學(xué)成分，但由于非共價(jià)鍵交聯(lián)，植入后在組織環(huán)境中存在著不穩(wěn)定性。本 實(shí)驗(yàn)中的PEGDA水凝膠相對(duì)于PEG水凝膠具有更良好的性質(zhì)，通過化學(xué)交聯(lián)后的 PEGDA將會(huì)更穩(wěn)定。由于分子鏈具有較好的柔性和適宜的極性，并且能與丙烯酸 系樹脂很好相容，在光固化體系中用作活性交聯(lián)稀釋劑時(shí)，可以克服小分子多 官能團(tuán)單體因柔性不佳導(dǎo)致固化膜較脆的缺點(diǎn)，因此是一類性能優(yōu)良的雙官能 團(tuán)齊聚物。1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備藥品：二氯甲烷、氫化鈣、笊代氯仿、甲苯、聚乙二醇（PEG）、乙

4、醛、三乙胺、 丙烯酰氯、羅丹明設(shè)備：電子天平、電熱真空干燥箱、冰箱、液相色譜儀、紅外光譜儀、核磁共振 氫譜儀、UV發(fā)生器。1.2 實(shí)驗(yàn)步驟1.2.1 二氯甲烷及PEG的純化及檢測搭建冷凝回流裝置，快速在燒瓶中加入2g氫化鈣粉末，在燒瓶中加入200mL 二氯甲烷，開始加熱至二氯甲烷沸騰（39.8 C）,加熱過程需緩慢避免液體劇 烈沸騰，待體系穩(wěn)定后，維持回流2-3小時(shí)，停止加熱，待體系冷卻后，將二氯 甲烷轉(zhuǎn)移到容器中，并加適量氫化鈣粉末密封保存。搭建冷凝回流裝置，將50g PEG溶解于約200mL甲苯中開始加熱體系至沸騰， 待鐳分出現(xiàn)后，觀察所收集的僻分特性待儲(chǔ)分完全澄清后（約50-80mL）,

5、停止 加熱待體系冷卻后，將體系密封保存利用移液槍吸取少量溶液（500p L）,加入5mL 乙醛，收取PEG沉淀，放入70 °C烘箱中干燥過夜，保存。1.2.1.1 紅外檢測取少量干燥后的PEG固體樣品與KBr研磨后壓成片，采用紅外光譜儀進(jìn)行測 試。1.2.1.2 核磁共振利用吸液槍抽取少量PEG溶液稀樣至笊代氯仿中，加入核磁管中，放入NMR 測試。1.2.2 聚乙二醇PEG表面修飾成PEGDA將25gPEG溶解于250ml甲苯中，共沸除水，蒸出約50 100mL甲苯。在氮 氣保護(hù)下，將體系冷卻至室溫。加入無水二氯甲烷至體系澄清，約50mLo逐滴 加入1.5mL三乙胺，后再加入1.02

6、mL丙烯酰氯。體系升溫加熱，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下 共沸回流，過夜。將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，倒入約1L乙醛中，沉淀，過濾，收 集沉淀產(chǎn)物。重新將沉淀溶解于適量二氯甲烷中，再次用乙酸沉淀，收集沉淀產(chǎn) 物。在真空烘箱將樣品干燥。樣品保存于-20C冰箱，待后續(xù)提純及檢測。1.23 PEGDA的分離及檢測先用流器過濾樣品（除菌），然后清洗，保持凝膠浸潤在液體中，當(dāng)液面降 到一定程度時(shí)即停住。上樣時(shí)（加樣尖嘴貼壁），樣品濃度盡可能濃，此處濃度 為20%。打開活塞，當(dāng)液面到臨界值時(shí)，停住，貼壁加水至1cm。流到一定程度 時(shí)（約55ml）,每25ml,接一次液，記錄每管液體流出體積。1.23.1 紅外光譜取少量干燥后的

7、PEGDA固體樣品與KBr研磨后壓成片，采用紅外光譜儀進(jìn) 行測試。1.23.2 核磁共振分別利用吸液槍抽取少量烘干的PEGDA的溶液和經(jīng)純化冷凍干燥后的PEGD 的溶液稀釋至笊代氯仿中，加入核磁管中，放入NMR測試。1.2.4 PEGDA水凝膠制備及檢測配置1ml 一定濃度的PEGDA溶液（26%, 27%, 28%, 29%, 30%）（含引發(fā)劑）,在 UV光照下（lOmin）, 0.2ml的PEGDA溶液在磨具中成凝膠（3個(gè)平行樣）。1.2.4.1 溶脹率先將培養(yǎng)皿標(biāo)記，記錄其重量W1,移入凝膠，記錄其重量W2,然后加入 去離子水，將凝膠浸沒，在時(shí)間點(diǎn)5, 10, 20, 40, 60mi

8、n時(shí)，將培養(yǎng)皿中的水 移除，輕擦干凝膠上的游離水，記錄其重量W3。溶脹率為：（W3-W2）/（W2-W1）,取平均值，繪制溶脹率隨時(shí)間變化的曲線。1.2.4.2 藥物釋放先將培養(yǎng)mi標(biāo)記,，記錄其重量wi,移入凝膠，記錄其重量W2,凝膠質(zhì)量 為W2-W1 （g）,加入5ml羅丹明溶液（5mg/ml）,浸漬凝膠5min,移出羅丹明 溶液（可收集，用于測量羅丹明的包封率，選做），用少量去離子水清洗凝膠， 加入5ml去離子水，將凝膠浸沒，在時(shí)間點(diǎn)5, 10, 20, 40, 60min時(shí)，從培養(yǎng) 皿取1ml溶液，移入2ml已標(biāo)記的離心管。加入1ml去離子水，保持培養(yǎng)皿中溶 液體積不變。同時(shí)，配制羅丹

9、明標(biāo)準(zhǔn)溶液（5-40|J g/ml）,獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線（濃度 與吸收值的線性關(guān)系）。取200|J I離心管中的溶液以及羅丹明標(biāo)準(zhǔn)溶液，移入96 孔板，用多功能酣標(biāo)儀檢測在SOOnm的吸收值。繪制羅丹明的累積釋放曲線（羅 丹明釋放含量（|J g） /凝膠質(zhì)量（g）與時(shí)間的關(guān)系）。2.結(jié)果與討論2.1 PEG紅外表征結(jié)果PEG IR 圖由PEG的紅外色譜圖分析，知在2800cmT處存在較強(qiáng)吸收峰，結(jié)合PEG結(jié) 構(gòu)和特征峰分析知該處為PEG分子間整合羥基的特征吸收峰。2.2 核磁共振2 m E、150100so00IioiaoS_0aooomffiiPEG核磁圖-zooa一500(-ioca-sooao

10、om(n15-010.04.0QOPEGDA核磁共振圖（未純化凍干）-2500(-2000-1500(-iooa-sooaoom1S 0100oo150100sooor-i oocPEGDA核磁共振圖（純化凍干）由圖分析知，PEG核磁共振圖與PEGDA核磁共振圖相比，出現(xiàn)了雙鍵質(zhì)子 峰，大致位于5.8-6.5ppm處。而氧乙烷結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)子峰不變。而且PEGDA核 磁共振圖中有四種不同類型的質(zhì)子氫，與結(jié)構(gòu)式中不同質(zhì)子氫的個(gè)數(shù)比相等，可 以證明合成的產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物PEGDAo對(duì)照未純化凍干和純化凍干的PEGDA核 磁共振圖,3.1ppm處峰值消失,1.5ppm和2.1叩m處峰值減弱,純化凍干后的

11、 乙醛的除去導(dǎo)致峰的消失和減弱。2.3溶脹率水凝膠溶脹數(shù)據(jù)表wl/gw2/gw3/g5min10min20min40min60min119.684019.881719.909319.95720.001320.058620.0802216.608916.804516.853516.898916.899316.940716.9874315.933316.121616.155916.215116300216.316116.3568水凝膠溶脹率(w3-w2)/(w2-wl)5min10min20min40min60min10.1396050380880.6049570.894791.00404720.

12、2505110.4826180.4846630.6963190.93507230.1821560.4965480.9484861.0329261.249071平均值0.1907580.4533490.6793690.8746781.062731.2000000. 0000000. 8000000. 6000000. 400000200000L. 000000PEGM水凝眨溶張率一時(shí)同匡010203040506070時(shí)間/min一系列1由圖分析知，在0-20min內(nèi)，水凝膠的溶脹速率隨時(shí)間的增加而呈現(xiàn)出遞減 趨勢(shì)，20min之后溶脹速率保持不變，整體的溶脹率呈現(xiàn)出增長趨勢(shì)。這證明了 水凝膠具有良

13、好的吸水性。2.4羅丹明累積釋放曲線29%PEGDA水凝膠羅丹明的累積釋放29%PEGDA水凝膠羅丹明的累積釋放凝膠質(zhì)量W1w21號(hào)4.109430042號(hào)3.95664.1453號(hào)4.23154.426629%PEGDA水凝膠羅丹明的累積釋放酶標(biāo)儀29%PEGDA水凝膠羅丹明的累積釋放酶標(biāo)儀數(shù)據(jù)測量時(shí)排布情況標(biāo)準(zhǔn)樣40-g/ml標(biāo)準(zhǔn)樣20|ig/ml標(biāo)準(zhǔn)樣lOgg/ml標(biāo)準(zhǔn)樣5ggzm1空白5min5min5min空白lOminlOminlOmin空白20min20min20min空白40min40m in40min空白60min60min60min空白空白空白空白具體數(shù)據(jù)2.0830.99

14、50.4620.2480.0472.2022.5121.7780.0451.5852.4951.0020.0461.9472.5171.0310.0461.8012.3851.2630.0461.7142.3491.0970.0470.0460.0450.045減 blank2.0360.9490.4170.203樣品平均值02.1552.4651.7312.11701.542.450.9571.64901.9012.4710.9851.78566701.7552.3391.2171.77033301.6682.3031.0511.67400000歲丹明標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度梯度與吸收值關(guān)系圖羅丹明標(biāo)準(zhǔn)

15、港液濃度佛度一段收位y = 0. 052% - 0. 09031015 2Q 2530354045歲丹明標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度攪度"u g/xl)羅丹明棒放含量（ug> /凝裝質(zhì)量（r） -時(shí)間羅丹明釋放含量（口 g） /凝度度量（g）系列1發(fā)性（系列1）各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的羅丹明釋放溶液中的羅丹明濃度X表:時(shí)間點(diǎn)5minlOmin20min40min60min吸光度2. 1171.6491. 7856671. 7703331.674羅丹明釋放濃度41. 725932. 8790235. 4625135. 1726533. 35161羅丹明釋放含量（M g） /凝膠 質(zhì)量（g）217. 7382

16、171. 5725185. 054183. 5414174. 0387羅丹明的積累釋放曲線（羅丹明釋放含量（R g） /凝膠質(zhì)量（g）與時(shí)間的關(guān)系）由圖分析知，水凝膠中的羅丹明釋放速率呈現(xiàn)出一種較為平緩的趨勢(shì)，其釋 放速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)不大，呈現(xiàn)出緩慢下趨勢(shì)。說明水凝膠可以用于藥物的 控釋系統(tǒng)，避免藥物突釋的。3、總結(jié)本實(shí)驗(yàn)證明了水凝膠溶脹率較高，具有良好的吸水性，控釋性能突出。其應(yīng) 用于藥物控釋系統(tǒng)中，具有較為穩(wěn)定的釋放速率，可以避免藥物的突釋，維持藥 物濃度，使藥效持久對(duì)人體不造成毒害作用。水凝膠的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在生物醫(yī) 學(xué)工程上具有極為廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1朱林重，連苓，靳忠民，張維杰，李滌塵.JLPEGDA水凝膠的光固化成形 工藝及其性能評(píng)價(jià).西安交通大學(xué)學(xué)報(bào).第46卷第10期2012年10月2李斌，張世海:,陳勇，唐黎明，周其庠.JL聚乙二醇二丙烯酸酯齊聚物的合成 及其紅外激光固化性能研