技术领域
本发明涉及一种高生物相容性水凝胶微球的制备方法和应用，具体地说，是涉及一种含胺类官能团聚天冬酰胺衍生物高生物相容性水凝胶微球及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶是由化学键、离子键、氢键、憎水相互作用或物理作用而形成的一种具有亲水性但不溶予水的三维网络结构的高分子聚合物。水凝胶改性是通过改变优化水凝胶原有的性能或复合具备新的优良性能，比如良好的生物相容性、可降解性、易于调控的物理化学性质和结构等，在生物医药、医学健康、精细化工等领域具有诱人的应用前景。充分发挥水凝胶亲水性,无毒,良好的生物相容性等特点，并赋予水凝胶特殊的功能，满足不同领域的特殊性能需求，同时拓宽水凝胶的应用领域，是目前水凝胶新材料的研究方向。
聚天冬氨酸类高分子材料具有可生物降解、生物相容性好、毒性低、合成方便、易与药物键合等优点，被认为是一类相当有应用前景的生物医用高分子。国内外学者对这类材料进行了许多研究。相比于其它可降解的高分子材料，聚琥珀酰亚胺(PSI)通过L-天冬氨酸的热缩聚制备获得，通过选择不同的亲核试剂对PSI进行开环反应，可以制备一系列侧链官能团修饰的聚天冬氨酸的衍生物。聚合物的主链为聚氨基酸，这从根本上保证材料良好的生物可降解性和生物相容性。其次，L-天冬氨酸原料易得，可再生性好。而且通过改变PSI开环试剂的种类和比例，可以对聚合物的结构和性质进行调控和设计，以实现不同的用途目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，设计一种具有高生物相容性水凝胶微球，并可将其用于血液净化、药物缓释、护肤化妆品等领域，可拓宽水凝胶的应用领域。
本发明的目的，提供一种可用于用于血液净化、药物缓释、护肤化妆品等领域的高生物相容性水凝胶微球。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种高生物相容性水凝胶微球，所述高生物相容性水凝胶微球是通过将聚琥珀酰亚胺、氨基封端聚乙二醇、胺类化合物混合，经类悬浮聚合和净化得到水凝胶微球。所述胺类物质为3-二甲胺基丙胺、N,N-二甲基乙二胺、聚乙烯亚胺(PEI)、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺、多乙烯多胺的至少一种；所述聚琥珀酰亚胺的平均分子量为 700～80000；所述氨基封端聚乙二醇的平均分子量为200～5000；所述高生物相容性水凝胶微球的粒径为0.001mm～2mm之间。
胺类化合物中，聚乙烯亚胺(PEI)优选支化型聚乙烯亚胺。
溶有引发剂的单体以液滴状悬浮于水中进行自由基聚合的方法称为悬浮聚合法。本发明所谓的“类悬浮聚合”，与悬浮聚合相似，主要将聚琥珀酰亚胺、氨基封端聚乙二醇、胺类化合物、溶剂A混合，在0～40℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到“水凝胶反应相”，并将“水凝胶反应相”在溶有分散剂的有机相中进行分散成微球状，在一定条件下进行反应获得水凝胶微球。
本发明采用聚琥珀酰亚胺作为材料主体，选择氨基封端聚乙二醇和胺类化合物对聚琥珀酰亚胺进行开环和交联反应，制备出水凝胶材料。一方面，水凝胶材料主体为聚氨基酸，这从根本上保证材料良好的生物可降解性和生物相容性；另一方面，在水凝胶上复合聚乙二醇，可进一步提高材料的生物相容性，包括血液相容性等；再者，在水凝胶上复合胺类化合物，可得到水凝胶分子链上修饰带上胺类官能团(如伯胺基团，仲胺基团，叔胺基团和季胺基团等)，利用胺类官能团特殊的官能团特性，赋予水凝胶材料新功能。
由于胺类基团易阳离子化，可通过静电作用，与带负电的物质相互作用，起到吸附作用。本发明在生物相容性的水凝胶微球上引入适量的含易阳离子化的胺类基团，可以用于血液净化中(如血液灌流吸附材料等)，吸附人体内内源性和外源性的带有负电特性的毒素，如胆红素、胆汁酸、蛋白结合毒素(硫酸吲哚酚IS、硫酸对甲酚PCS等)、内毒素等。另外，通过静电作用，本发明带有胺类基团亦可用于药物释放领域。
除此之外，由于胺类基团不仅与金属阳离子有螯合作用，也能通过静电作用或氢键吸附金属负离子，从而对重金属具有很强的吸附能力。故本发明在生物相容性的水凝胶微球上引入适量的含易阳离子化的胺类基团，可用于重金属去除领域，包括水处理和人体皮肤重金属去除的护肤领域。
本发明另一目的是提供可用于用于血液净化、药物缓释、护肤化妆品等领域的高生物相容性水凝胶微球的制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种高生物相容性水凝胶微球的制备方法，包括如下步骤：
(a)将聚琥珀酰亚胺、氨基封端聚乙二醇、胺类化合物、溶剂A混合，在0～40℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
所述溶剂A为二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO的至少一种；
所述聚琥珀酰亚胺、氨基封端聚乙二醇、胺类化合物、溶剂A的质量比为1： (0.01～10)：(0.01～10)：(1～100)。
(b)将分散剂分散于溶剂B中，在常温条件下搅拌1～5h，得到油相；所述分散剂与溶剂B的质量比1：(10～1000)；
所述分散剂为吐温-20，吐温-40，吐温-60，吐温-20，吐温-80，吐温-85，司班-20，司班-40，司班-60，司班-65，司班-80的至少一种；
所述溶剂B为环己烷、正己烷、环戊烷、戊烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷的至少一种。
(c)将水凝胶反应相加入到油相中，搅拌控制粒径大小，在20～90℃条件下反应2～20h，降温，过滤，得到凝胶微球；
所述水凝胶反应相与油相的体积比为1:(1～10)。
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到高生物相容性水凝胶微球。
本发明高生物相容性水凝胶微球可应用于血液净化、药物缓释、护肤品和水处理等领域。
在血液净化方面，本发明的高生物相容性水凝胶微球可利用血液灌流的方式达到清除人体内内源性和外源性的带有负电特性的毒素，如胆红素、胆汁酸、蛋白结合毒素(硫酸吲哚酚IS、硫酸对甲酚PS等)、内毒素等。血液灌流是借助动力将患者的血液引至体外循环，通过血液灌流器中具有特殊吸附功能的吸附剂而除去患者血液中的内源性或外源性毒物或致病物质，从而达到血液净化的一种治疗技术。本发明水凝胶微球具有高的生物相容性，与人体血液接触无明显不良作用。
在护肤品应用领域上，本发明的高生物相容性水凝胶微球由于具有较强的重金属吸附能力，通过高生物相容性水凝胶微球与皮肤的接触可有效快速结合并去除皮肤表面有毒重金属，避免口服排毒药物出现的不良反应。本发明所述的高生物相容性水凝胶微球具备结合有毒重金属离子的能力，进而可以减少有毒重金属在皮肤中的积聚及损害，实现护肤的功效，因此，本发明所述的高生物相容性水凝胶微球可以用于在药品及化妆品制剂方面应用：包括将上述的高生物相容性水凝胶微球加入本领域技术人员熟知的化妆品，按照化妆品领域的常规方法制成适于外用的霜剂、乳化剂或者水剂等剂型；也可以将上述的高生物相容性水凝胶微球加入药品领域技术人员熟知的载体或赋形剂并按照药品领域的常规方法制成适于外敷的药品。本发明优选化妆品方面的应用。本发明提供本发明所述的高生物相容性水凝胶微球在制备用于从皮肤表面去除有害重金属离子，从而减少有毒重金属在皮肤中的积聚及损害的药物或化妆品中的应用，其中所述的重金属是指铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)或它们的任意组合。本领域技术人员应该理解，本发明所述的重金属是指不同价态的重金属盐。对于Pb，常见价态有+4 价和+2价；对于Cd，常见价态为0价和+2价；对于Hg，常见价态是+1和 +2价。在本发明中，优选上述为+2价态的重金属离子，例如，Pb2+、Cd2+、 Hg2+等。本发明提供用于从皮肤表面去除有害重金属离子的药物或化妆品，其包含药效学有效量的本发明所述的高生物相容性水凝胶微球。本领域技术人员应该注意，上述“药学有效量”或“有效量”意指治疗有效量，本领域技术人员根据现有技术、经过简单的、有限次的实验即可确定其具体的数值。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1.本发明提供的高生物相容性水凝胶微球具有优异的生物相容性，且利用胺类官能团特殊的官能团特性，赋予水凝胶微球吸附带负电物质和重金属吸附性能，可应用于血液净化、药物缓释、护肤品和水处理等领域；
2.本发明提供的高生物相容性水凝胶微球的制备方法简单、操作方便，材料稳定好，用途范围广，具有实际应用价值。
具体实施方式
下面根据实施例子对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为8000)、20g氨基封端聚乙二醇(分子量为800)、6g3-二甲胺基丙胺、1200g二甲基亚砜DMSO混合，在20℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将1g司班-80和1g司班-40分散于200g环己烷中，在常温条件下搅拌2h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到180ml油相中，搅拌控制粒径大小，在70℃条件下反应10h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.3～1mm的高生物相容性水凝胶微球。
实施例2
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为5000)、20g氨基封端聚乙二醇(分子量为 1000)、8g N,N-二甲基乙二胺、600g二甲基亚砜DMSO混合，在30℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将10g司班-60分散于2000g环戊烷中，在常温条件下搅拌4h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到200ml油相中，搅拌控制粒径大小，在60℃条件下反应6h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.2～0.8mm的高生物相容性水凝胶微球。
实施例3
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为10000)、2g氨基封端聚乙二醇(分子量为 5000)、4g聚乙烯亚胺(PEI)、1000g二甲基亚砜DMSO混合，在30℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将10g司班-20分散于1500g正庚烷中，在常温条件下搅拌1h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到300ml油相中，搅拌控制粒径大小，在70℃条件下反应10h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.2～0.6mm的高生物相容性水凝胶微球。
实施例4
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为7000)、50g氨基封端聚乙二醇(分子量为 2000)、9g3-二甲胺基丙胺、6g三乙烯四胺、800g二甲基甲酰胺DMF混合，在 30℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将10g吐温-80分散于2500g正辛烷中，在常温条件下搅拌4h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到100ml油相中，搅拌控制粒径大小，在75℃条件下反应10h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.2～1mm的高生物相容性水凝胶微球。
实施例5
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为80000)、1g氨基封端聚乙二醇(分子量为 400)、1000g四乙烯五胺、100g二甲基甲酰胺DMF混合，在40℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将10g吐温-60分散于10000g异辛烷中，在常温条件下搅拌1h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到1000ml油相中，搅拌控制粒径大小，在90℃条件下反应2h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.5～2mm的高生物相容性水凝胶微球。
实施例6
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为700)、1000g氨基封端聚乙二醇(分子量为 200)、1g多乙烯多胺、10000g二甲基甲酰胺DMF混合，在0℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将100g吐温-20分散于1000g正己烷中，在常温条件下搅拌5h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到500ml油相中，搅拌控制粒径大小，在60℃条件下反应20h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.001～1mm的高生物相容性水凝胶微球。
对照例1
参照实施例1的制备方法，在制备过程中未加入胺类化合物二甲胺基丙胺，直接制备高生物相容性水凝胶微球。合成过程如下，
(a)将100g聚琥珀酰亚胺(分子量为8000)、20g氨基封端聚乙二醇(分子量为 800)、1200g二甲基亚砜DMSO混合，在20℃条件下搅拌溶解，混合均匀得到水凝胶反应相；
(b)将1g司班-80和1g司班-40分散于200g环己烷中，在常温条件下搅拌2h，得到油相；
(c)将100ml水凝胶反应相加入到180ml油相中，搅拌控制粒径大小，在70℃条件下反应10h，降温，过滤，得到凝胶微球；
(4)将凝胶微球依次采用乙醇、水洗涤，过滤，得到粒径为0.3～1mm的高生物相容性水凝胶微球。
对于上面的多个实施例和相应的对照例分别得到的高生物相容性水凝胶微球，依次进行了吸附性能评价、溶血和血小板粘附等进行评价。
(1)重金属吸附性能
将本发明实施例1至6制得的高生物相容性水凝胶微球置于150mL含Cd2+、 Pb2+和Hg2+的水中进行吸附除去金属离子，其中，水中Cd2+、Pb2+和Hg2+ 离子的含量为10ppm，投加高生物相容性水凝胶微球为2g，在恒温振荡器上振荡30分钟(温度为36℃，振荡速率为60r/min)，取上清液，经滤膜过滤后，用 ICP-OES分析上清液中残余重金属离子的浓度，实验结果如表1所示。
表1实施例和对照样水凝胶微球的重金属的吸附性能Cd2+吸附率 Hg2+吸附率 Pb2+吸附率 实施例1 85.9％ 78.1％ 89.2％ 实施例2 86.5％ 71.2％ 88.3％ 实施例3 83.4％ 71.1％ 77.6％ 实施例4 87.9％ 72.8％ 85.9％ 实施例5 86.2％ 72.5％ 82.6％ 实施例6 89.2％ 70.5％ 89.8％ 对照例1 10.5％ 12.5％ 15.3％
从表1结果中可以看到，实施例1～6的高生物相容性水凝胶微球对各种重金属离子具有较好的选择性吸附性能，去除率能达到70％以上；试验发现，本发明方法制得实施例1～6的高生物相容性水凝胶微球对重金属的吸附速率非常快，吸附动力学非常好，基本上在10min之内就可以达到平衡。而对照例子中，对照例的高生物相容性水凝胶微球对重金属离子的吸附率低于是实施例1～6的高生物相容性水凝胶微球。
(2)血浆吸附性能评价
分别取浓度为300μmol/L总胆红素、50mg/L的硫酸吲哚酚IS、50mg/L的硫酸对甲酚PCS的血浆溶液20ml，加入上述实施例和对照例所得的高生物相容性水凝胶微球2ml，在37℃下震荡2小时后，分别测定被吸附物质的变化，结果参见下面的表1。
表2实施例及对照例水凝胶微球的血浆吸附性能数据
从表中结果可以看出，实施例1～6的高生物相容性水凝胶微球对各种胆红素、蛋白结核毒素(IS,PCS)均具有较好的选择性吸附性能，明显优于对照样；且实施例1～6和对照例的水凝胶微球均具有较低的蛋白吸附率，表现出较好的血液相容性。
(2)溶血和血小板粘附评价如下：
溶血和血小板粘附试验根据GB/T16886.4-2003和GB/T16175-1996进行测试。结果参见下面的表2。
表3实施例及对照例的水凝胶微球溶血及血小板粘附评价数据
从表中结果可以看出，实施例1～6和对照例的高生物相容性水凝胶微球均具有较低的溶血率和血小板黏附率，表现出较好的血液相容性。同时，对本发明高生物相容性水凝胶微球进行细胞毒性、血栓形成、凝血、补体激活、免疫性等生物相容性进行检测，均显示出优异的生物相容性结果。
应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。