PEGDA水凝胶的制备,和溶胀性和药物释放的研究

PEGDA水凝胶的制备及其溶胀性和药物释放的研究

【摘要】本文使用已除水除杂的有机物PEG和丙烯酰氯在三乙胺的催化条件下制备得到聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA），并通过葡聚糖凝胶柱分离不同分子量的PEGDA。然后利用制备的分子量相同的PEGDA配置成不同浓度的PEGDA溶液，在UV光照射条件下发生交联反应制备得到含有不同浓度PEGDA的PEGDA水凝胶。在实验中，使用了红外光谱对聚乙二醇（PEG）的化学结构进行分析，并且使用核磁共振对聚乙二醇（PEG）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）进行表征，同时讨论了PEGDA水凝胶的吸水能力（溶胀率）、药物释放能力（以罗丹明释放为例）等凝胶性能。研究发现，PEGDA水凝胶的溶胀率与时间呈正相关关系，以罗丹明为例的药物释放，水凝胶与释放的时间也息息相关，并且用于制备水凝胶的PEGDA溶液的浓度对其溶胀率、药物释放量等材料功能也有密切的联系。实验的结果表明通过调节制备水凝胶的PEGDA溶液的浓度，可以实现对PEGDA水凝胶的性能调节，这将有助于在以后的实验中，在生物材料应用中设计合适性能的水凝胶。

关键词：聚乙二醇（PEG）、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、水凝胶、溶胀、释放

水凝胶类物质由于具有良好的吸水性、黏弹性以及与人体组织相近的力学性能，近些年来广泛地运用于组织工程等领域，水凝胶作为组织工程支架，能够起到细胞载体的作用，允许营养物质的交换与代谢产物的排出，同时能够起到力学支撑作用[1]。

水凝胶可分为天然材料与人工材料天然材料，虽然具有与人体组织相同或相近的化学成分，但由于非共价键交联，植入后在组织环境中存在着不稳定性。本实验中的PEGDA水凝胶相对于PEG水凝胶具有更良好的性质，通过化学交联后的PEGDA将会更稳定。由于分子链具有较好的柔性和适宜的极性, 并且能与丙烯酸系树脂很好相容, 在光固化体系中用作活性交联稀释剂时, 可以克服小分子多官能团单体因柔性不佳导致固化膜较脆的缺点, 因此是一类性能优良的双官能团齐聚物[2]。

1.1实验原料与设备

药品：二氯甲烷、氢化钙、氘代氯仿、甲苯、聚乙二醇（PEG）、乙醚、三乙胺、丙烯酰氯、罗丹明

设备：电子天平、电热真空干燥箱、冰箱、液相色谱仪、红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、UV发生器。

1.2实验步骤

1.2.1二氯甲烷及PEG的纯化及检测

搭建冷凝回流装置，快速在烧瓶中加入2g氢化钙粉末，在烧瓶中加入200mL 二氯甲烷，开始加热至二氯甲烷沸腾（39.8 ℃），加热过程需缓慢避免液体剧烈沸腾，待体系稳定后，维持回流2-3小时，停止加热，待体系冷却后，将二氯甲烷转移到容器中，并加适量氢化钙粉末密封保存。

搭建冷凝回流装置，将50g PEG溶解于约200mL甲苯中开始加热体系至沸腾，待馏分出现后，观察所收集的馏分特性待馏分完全澄清后（约50-80mL），停止加热待体系冷却后，将体系密封保存利用移液枪吸取少量溶液(500μL)，加入5mL乙醚，收取PEG沉淀，放入70 ℃烘箱中干燥过夜，保存。

1.2.1.1红外检测

取少量干燥后的PEG固体样品与KBr研磨后压成片，采用红外光谱仪进行测试。

1.2.1.2核磁共振

利用吸液枪抽取少量PEG溶液稀释至氘代氯仿中，加入核磁管中，放入NMR 测试。

1.2.2聚乙二醇PEG表面修饰成PEGDA

将25gPEG溶解于250ml甲苯中，共沸除水，蒸出约50-100mL甲苯。在氮气保护下，将体系冷却至室温。加入无水二氯甲烷至体系澄清，约50mL。逐滴加入1.5mL 三乙胺，后再加入1.02mL 丙烯酰氯。体系升温加热，在氮气保护下共沸回流，过夜。将反应产物冷却至室温，倒入约1L乙醚中，沉淀，过滤，收集沉淀产物。重新将沉淀溶解于适量二氯甲烷中，再次用乙醚沉淀，收集沉淀产物。在真空烘箱将样品干燥。样品保存于-20℃冰箱，待后续提纯及检测。

1.2.3PEGDA的分离及检测

先用滤器过滤样品（除菌），然后清洗，保持凝胶浸润在液体中，当液面降

到一定程度时即停住。上样时（加样尖嘴贴壁），样品浓度尽可能浓，此处浓度为20%。打开活塞，当液面到临界值时，停住，贴壁加水至1cm。流到一定程度时（约55ml），每25mL，接一次液，记录每管液体流出体积。

1.2.3.1红外光谱

取少量干燥后的PEGDA固体样品与KBr研磨后压成片，采用红外光谱仪进行测试。

1.2.3.2核磁共振

分别利用吸液枪抽取少量烘干的PEGDA的溶液和经纯化冷冻干燥后的PEGD 的溶液稀释至氘代氯仿中，加入核磁管中，放入NMR测试。

1.2.4PEGDA水凝胶制备及检测

配置1ml一定浓度的PEGDA溶液 (26%, 27%, 28%, 29%, 30%) (含引发剂)，在UV光照下(10min)，0.2ml的PEGDA溶液在磨具中成凝胶(3个平行样)。

1.2.4.1溶胀率

先将培养皿标记, 记录其重量W1，移入凝胶，记录其重量 W2，然后加入去离子水, 将凝胶浸没，在时间点 5，10，20，40，60min时，将培养皿中的水移除，轻擦干凝胶上的游离水，记录其重量W3。

溶胀率为: (W3-W2)/(W2-W1)，取平均值，绘制溶胀率随时间变化的曲线。

1.2.4.2药物释放

先将培养皿标记,，记录其重量W1，移入凝胶，记录其重量W2，凝胶质量为W2-W1（g），加入5ml罗丹明溶液（5mg/ml），浸渍凝胶5min，移出罗丹明溶液（可收集，用于测量罗丹明的包封率，选做），用少量去离子水清洗凝胶，加入5ml去离子水，将凝胶浸没，在时间点 5，10，20，40，60min时，从培养皿取1ml溶液，移入2ml已标记的离心管。加入1ml去离子水，保持培养皿中溶液体积不变。同时，配制罗丹明标准溶液（5-40μg/ml），获得标准曲线（浓度与吸收值的线性关系）。取200μl离心管中的溶液以及罗丹明标准溶液，移入96孔板，用多功能酶标仪检测在500nm的吸收值。绘制罗丹明的累积释放曲线（罗丹明释放含量（μg）/凝胶质量（g）与时间的关系）。

2.结果与讨论

2.1PEG红外表征结果