脱氢枞氧基聚氧乙烯缩水甘油醚接枝羟乙基壳聚糖水凝胶制备及其性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210452

摘要/Abstract

摘要：

通过脱氢枞醇聚氧乙烯（10）醚（DA（EO）₁₀H）与环氧氯丙烷缩合后，再在NaOH存在下脱氯化氢得到脱氢枞氧基聚氧乙烯（10）缩水甘油醚（DA（EO）₁₀GE），然后通过DA（EO）₁₀GE对羟乙基壳聚糖（HECTS）的接枝制备DA（EO）₁₀GE接枝羟乙基壳聚糖（DA（EO）₁₀GE-g-HECTS），最后利用Genipin对DA（EO）₁₀GE-g-HECTS进行交联，得到DA（EO）₁₀GE-g-HECTS/Genipin水凝胶。研究结果表明：DA（EO）₁₀GE对HECTS糖单元摩尔比的增加能提高DA（EO）₁₀GE-g-HECTS的接枝度，并延长其与Genipin交联形成凝胶的时间；增加Genipin的用量可提高接枝产物与Genipin交联形成凝胶的能力；负载于DA（EO）₁₀GE-g-HECTS/Genipin凝胶中的氯霉素在人工肠液中的累积释放率与时间的关系，可以很好地用Boltzmann函数描述，且提高接枝度和降低Genipin用量有利于提高药物的最终累积释放率；低接枝度DA（EO）₁₀GE-g-HECTS经Genipin交联形成的载药凝胶，其药物释放行为符合一级动力学方程的特征。

关键词: 羟乙基壳聚糖, 脱氢枞氧基聚氧乙烯缩水甘油醚, 水凝胶, 药物释放

Abstract:

Dehydroabietol polyoxyethylene（10） ether （DA（EO）₁₀H） is condensated with epichlorohydrin in the presence of boron fluoride diethyl etherate firstly， and then dehydroabietyl polyoxyethylene glycidyl ether （DA（EO）₁₀GE） is obtained through dehydrochlorination of the condensation product in the presence of NaOH. DA（EO）₁₀GE grafted hydroxyethyl chitosan （DA（EO）₁₀GE-g-HECTS） is prepared through grafting DA（EO）₁₀GE to hydroxyethyl chitosan （HECTS）. The hydrogels based on DA（EO）₁₀GE-g-HECTS are prepared through cross-linking reaction between Genipin and DA（EO）₁₀GE-g-HECTSs. The increase of molar ratio of DA（EO）₁₀GE versus sugar unit could result in the increase of grafting degree （DG） of DA（EO）₁₀GE-g-HECTSs， the gelation time of DA（EO）₁₀GE-g-HECTS/Genipin with high DG is longer than that with low DG， and increasing the Genipin amount could improve the capability of DA（EO）₁₀GE-g-HECTS/Genipin to form hydrogel. The relation between the cumulative release rate of Chloramphenicol loaded in DA（EO）₁₀GE-g-HEC/GE gel and times in artificial intestinal fluid could be well described by Boltzmann function， and the final cumulative release rate could be improved by increasing the DG or decreasing the Genipin dosage. The release behavior of drug loaded in the hydrogel which is formed by the cross-linking reaction between DA（EO）₁₀GE-g-HECTS with low DG and Genipin accords with the characteristics of first-order kinetic equation.

Key words: Hydroxyethyl chitosan, Dehydroabietyl polyoxyethylene glycidyl ether, Hydrogels, Drug release

中图分类号:

O636.1

黄旭娟, 王婷, 丁正青, 杨欣欣, 蔡照胜, 商士斌. 脱氢枞氧基聚氧乙烯缩水甘油醚接枝羟乙基壳聚糖水凝胶制备及其性能[J]. 应用化学, 2022, 39(9): 1421-1428.

Xu-Juan HUANG, Ting WANG, Zheng-Qing DING, Xin-Xin YANG, Zhao-Sheng CAI, Shi-Bing SHANG. Preparation of Hydrogels Based on Dehydroabietyl Polyoxyethylene Glycidyl Ether Grafted Hydroxyethyl Chitosan and Their Properties[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2022, 39(9): 1421-1428.

图/表 8

参考文献 23

1	PIANTANIDA E， ALONCI G， BERTUCCI A， et al. Design of nanocomposite injectable hydrogels for minimally invasive surgery［J］. Acc Chem Res， 2019， 52（8）： 2101-2112.
2	VOHIDOV F， E MILLING L， CHEN Q X， et al. ABC triblock bottlebrush copolymer-based injectable hydrogels： design， synthesis， and application to expanding the therapeutic index of cancer immunochemotherapy［J］. Chem Sci， 2020，11（23）： 5974-5986.
3	齐印，袁金芳，高青雨. 嵌段共聚物聚（异丙基丙烯酰胺）-b-聚（双丙酮丙烯酰胺）制备及其对叶酸的载负和释放［J］. 应用化学，2014，31（6）： 642-648.
	QI Y， YUAN J F， GAO Q Y. Preparation of a block copolymer poly（N-isopropylacrylamide）-b-poly（diacetone acrylamide） and its loading and release properties to folic acid［J］. Chinese J Appl Chem， 2014， 31（6）： 642-648.
4	LI G Y， GUO L， CHANG X J， et al. Thermo-sensitive chitosan based semi-IPN hydrogels for high loading and sustained release of anionic drugs ［J］. Int J Biol Macromol， 2012， 50： 899-904.
5	DRAGAN E S， COCARTA A I， GIERSZEWSKA M. Designing novel macroporous composite hydrogels based on methacrylic acid copolymers and chitosan and in vitro assessment of lysozyme controlled delivery ［J］. Colloid Surf B， 2016， 139： 33-41
6	陈培珍，刘瑞来，饶瑞晔. 纤维素纳米纤维接枝聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶的制备与表征［J］. 应用化学， 2016， 33（12）： 1389-1395.
	CHEN P Z， LIU R L， RAO R Y. Synthesis and characterization of poly（N-isopropyl acrylamide）-g-cellulose hydrogels［J］. Chinese J Appl Chem， 2016， 33（12）： 1389-1395.
7	VERMA N K， PUROHIT M P， EQUBAL D， et al. Targeted smart pH and thermoresponsive N，O-carboxymethyl chitosan conjugated nanogels for enhanced therapeutic efficacy of doxorubicin in MCF-7 breast cancer cells ［J］. Bioconjugate Chem， 2016， 27： 2605-2619.
8	BIRCH N P， BARNEY L E， PANDRES E， et al. Thermal-responsive behavior of a cell compatible chitosan/pectin hydrogel［J］. Biomacromolecules， 2015， 16： 1837-1843.
9	KE X， LI M Y， WANG X Q， et al. An injectable chitosan/dextran/β-glycerophosphate hydrogel as cell delivery carrier for therapy of myocardial infarction［J］. Carbohyd Polym， 2020， 229： 115516
10	SHARIATINIA Z. Pharmaceutical applications of chitosan ［J］. Adv Colloid Interface， 2019， 263： 131-194.
11	HE M， HAN B Q， JIANG Z W， et al. Synthesis of a chitosan-based photo-sensitive hydrogel and its biocompatibility and biodegradability［J］. Carbohyd Polym， 2017， 166： 228-235.
12	LUO B H， LI J H， XU W， et al. Preparation and degradation properties of hydroxyethyl chitosan-g-poly（D，L-lactide） copolymers［J］. Adv Mater Res， 2012，1639： 308-313.
13	WANG Y P， QIAN J M， ZHAO N， et al. Novel hydroxyethyl chitosan/cellulose scaffolds with bubble-like porous structure for bone tissue engineering［J］. Carbohyd Polym， 2017， 167： 44-51.
14	WANG H J， QIAN J M， ZHANG Y P， et al. Growth of MCF-7 breast cancer cells and efficacy of anti-angiogenic agents in a hydroxyethyl chitosan/glycidyl methacrylate hydrogel［J］. Cancer Cell Int， 2017， 17： 55-68.
15	NIE L， DENG Y L， LI P， et al. Hydroxyethyl chitosan-reinforced polyvinyl alcohol/biphasic calcium phosphate hydrogels for bone regeneration ［J］. ACS Omega， 2020， 5： 10948-10957.
16	QIAO X S， PENG X T， QIAO J， et al. Evaluation of a photocrosslinkable hydroxyethyl chitosan hydrogel as a potential drug release system for glaucoma surgery［J］. J Mater Sci： Mater Med， 2017， 28： 149-158.
17	SOUTO J C， YUSTOS P， LADERO M， et al. Disproportionation of rosin on an industrial Pd/C catalyst： reaction pathway and kinetic model discrimination［J］. Bioresource Technol， 2011， 102： 3504-3511.
18	DUAN W G， SHEN C M， FANG H X， et al. Synthesis of dehydroabietic acid-modifified chitosan and its drug release behavior ［J］. Carbohyd Res， 2009， 344： 9-13.
19	周永红，温静卫，谢晖，等. 松香醇聚氧乙烯醚的合成及其结构与性能关系研究［J］.林产化学与工业， 2003， 23（1）： 7-11.
	ZHOU Y H， WEN J W， XIE H， et al. Synthesis of polyethoxylated rosin alcohol and relations between performances and chemical structures［J］. Chem Ind Forest Prod， 2003， 23（1）： 7-11.
20	WANG T， CAI Z S， ZHANG T T， et al. Dehydroabietyl glycidyl ether grafted hydroxyethyl chitosan： synthesis， characterization and physicochemical properties［J］. Tenside Surfac Det， 2019， 56（3）： 252-259.
21	蔡照胜，齐帆，朱雪梅，等.（2-羟基-3-脱氢枞氧基）丙基羟乙基壳聚糖及其制备方法：中国， 103923228 B［P］. 2016-02-10.
	CAI Z S， QI F， ZHU X M， et al. （2-Hydroxyl-3-dehydrofiroxy）propyl hydroxyethyl chitosan and preparation method thereof： CN， 103923228 B［P］. 2016-02-10.
22	蔡照胜，蒋士猛，朱雪梅，等.（2-羟基-3-脱氢枞氧基）丙基壳低聚糖及其制备方法：中国， 103965373 B［P］. 2016-02-24.
	CAI Z S， JIANG S M， ZHU X M， et al. （2-Hydroxy-3-dehydroabieticoxy）propyl chitosan-oligosaccharide and preparation method thereof： CN， 103965373 B［P］. 2016-02-24.
23	蒋士猛，蔡照胜，陈智栋，等.脱氢枞基缩水甘油醚的合成及其条件优化［J］. 化学世界， 2014， 55（8）： 493-496， 500.
	JIANG S M， CAI Z S， CHEN Z D， et al. Synthesis of dehydroabietyl glycidyl ether and optimization of synthetic conditions［J］. Chem World， 2014， 55（8）： 493-496， 500.

样品 Sample	DA（EO）₁₀GE?g?HECTS水溶液体积 V（DA（EO）₁₀GE?g?HECTS）/mL	Genipin水溶液体积V（Genipin）/mL	凝胶时间 Gelation time/min
A?1	0.70	0.70	190
A?2	1.0	0.50	255
A?3	0.90	0.30	325
A?4	1.0	0	-
B?1	0.70	0.70	310
B?2	1.0	0.50	415
B?3	0.90	0.30	620
B?4	1.0	0	-

样品 Sample	DA（EO）₁₀GE?g?HECTS水溶液体积 V（DA（EO）₁₀GE?g?HECTS）/mL	Genipin水溶液体积V（Genipin）/mL	凝胶时间 Gelation time/min
A?1	0.70	0.70	190
A?2	1.0	0.50	255
A?3	0.90	0.30	325
A?4	1.0	0	-
B?1	0.70	0.70	310
B?2	1.0	0.50	415
B?3	0.90	0.30	620
B?4	1.0	0	-

凝胶样品 Sample of hydrogel	拟合方法 Fitting method	拟合方程 Fitting function	相关系数 Correlation coefficients
凝胶1 Hydrogel 1	ExpDec1 fitting	F= -65.68134×exp（-1.02973t）+65.61714	0.999 53
凝胶1 Hydrogel 1	Boltzmann fitting	F=65.46377-260.13986/（1+exp（1.13852×（t+1.40913）））	0.999 6
凝胶2 Hydrogel 2	ExpDec1 fitting	F= -86.64533×exp（-t/1.61829）+83.04387	0.954 26
凝胶2 Hydrogel 2	Boltzmann fitting	F=80.02709-88.32926/（1+exp（1.77535×（t-1.27134）））	0.999 4
凝胶3 Hydrogel 3	ExpDec1 fitting	F= -73.97387×exp（-t/1.02993）+73.67559	0.998 18
凝胶3 Hydrogel 3	Boltzmann fitting	F= 73.11953-163.5847/（1+exp（1.32674×（t+0.16049）））	0.999 81

凝胶样品 Sample of hydrogel	拟合方法 Fitting method	拟合方程 Fitting function	相关系数 Correlation coefficients
凝胶1 Hydrogel 1	ExpDec1 fitting	F= -65.68134×exp（-1.02973t）+65.61714	0.999 53
凝胶1 Hydrogel 1	Boltzmann fitting	F=65.46377-260.13986/（1+exp（1.13852×（t+1.40913）））	0.999 6
凝胶2 Hydrogel 2	ExpDec1 fitting	F= -86.64533×exp（-t/1.61829）+83.04387	0.954 26
凝胶2 Hydrogel 2	Boltzmann fitting	F=80.02709-88.32926/（1+exp（1.77535×（t-1.27134）））	0.999 4
凝胶3 Hydrogel 3	ExpDec1 fitting	F= -73.97387×exp（-t/1.02993）+73.67559	0.998 18
凝胶3 Hydrogel 3	Boltzmann fitting	F= 73.11953-163.5847/（1+exp（1.32674×（t+0.16049）））	0.999 81

[1]	弓韬, 文朝朝, 秦凯莉, 赵莹珠, 张宇奇, 梁文婷, 董川. 甲酰基去氧胆酸修饰的Fe₃O₄纳米粒子的制备及其对土霉素负载的应用[J]. 应用化学, 2022, 39(12): 1920-1926.
[2]	袁定坤, 褚维凡, 倪加惠. 亚铁氰化铜-聚丙烯酰胺/羧甲基纤维素/石墨烯复合水凝胶的制备及铷吸附性能[J]. 应用化学, 2022, 39(11): 1746-1756.
[3]	赵常利, 秦明高, 窦晓秋, 冯传良. 纳米颗粒增强的手性超分子水凝胶成骨性能[J]. 应用化学, 2022, 39(1): 177-187.
[4]	刘旭, 李杨可欣, 杜黎, 于健, 王佳程, 耿阳, 韩广, 孙宽, 李猛. 水凝胶的制备及仿生设计在能源领域应用的研究进展[J]. 应用化学, 2022, 39(1): 35-54.
[5]	李胜男, 付俊. 水凝胶仿生柔性电子学[J]. 应用化学, 2022, 39(1): 55-73.
[6]	唐立宗, 张琳, 董云生, 齐春晓, 刘祥胜, 王淑芳. 响应性水凝胶及其在生物医药领域应用研究进展[J]. 应用化学, 2021, 38(7): 743-753.
[7]	周超, 生程钜, 闻林林. 咪唑盐类聚离子液体抗菌剂的制备及其在水凝胶敷料中的应用[J]. 应用化学, 2021, 38(1): 51-59.
[8]	佘小红, 杜娟, 王璐珮, 朱雯莉, 杨巧玲, 邹智挥. 高强度聚乙烯醇/聚苯胺/聚吡咯/TiO₂导电杂化水凝胶的制备与性能[J]. 应用化学, 2020, 37(5): 541-546.
[9]	张继东,李家源,金华峰. 基于荧光效应的小分子抗癌药物释放体系研究进展[J]. 应用化学, 2019, 36(7): 733-748.
[10]	郭晓艳, 程晓琪, 张良良, 黄毅萍, 许戈文, 鲍俊杰. N,N-双(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠为扩链剂的磺酸型聚氨酯水凝胶制备及性能[J]. 应用化学, 2019, 36(6): 631-640.
[11]	黄刚, 张宏伟, 张欢欢, 石彤非, 许东华. 氧化石墨烯对聚乙烯醇/硼酸水凝胶流变性能的影响[J]. 应用化学, 2018, 35(7): 767-775.
[12]	梁学称,邓裕坤,裴小朋,翟侃侃,徐昆,谭颖,王丕新. 非冻结水对微球复合水凝胶机械性能的影响[J]. 应用化学, 2018, 35(11): 1301-1308.
[13]	段元首, 贾凤霞, 王朔, 李丽芳. 聚N-异丙基丙烯酰胺/类水滑石复合水凝胶的制备及温敏性[J]. 应用化学, 2018, 35(1): 102-108.
[14]	陈培珍, 刘瑞来, 饶瑞晔. 纤维素纳米纤维接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的制备与表征[J]. 应用化学, 2016, 33(12): 1389-1395.
[15]	常艳红, 董晓宁. 多孔壳聚糖接枝聚丙烯酸/钠基蒙脱土复合高吸水凝胶的制备及其对Pb²⁺的吸附[J]. 应用化学, 2015, 32(6): 623-628.