基于氧化石墨烯-透明质酸-聚乙二醇的复合超分子水凝胶的制备及性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230208

摘要/Abstract

摘要：

超分子水凝胶作为生物材料已被广泛应用于医疗领域，但是因为其强度低和稳定性差，在应用于敷料、支架和药物载体时仍存有一定局限性。为了提高超分子水凝胶的力学性能，本研究设计了以透明质酸（HA）接枝β-环糊精（β-CD）和氧化石墨烯（GO）为主体聚合物，四臂聚乙二醇（PEG）接枝金刚烷（AD）为客体聚合物，利用环糊精和金刚烷官能团的主客体相互作用成功制备出了氧化石墨烯-透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶（GHCAP）。与未添加氧化石墨烯的透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶（HCAP）相比，GHCAP的弹性模量显著提高，并且在相同环境下GHCAP对菊苣酸药物的负载率达到43.38%。所构筑的超分子水凝胶GHCAP有望应用于组织敷料和药物载体等医用生物材料领域。

关键词: 超分子水凝胶, 氧化石墨烯, 透明质酸, 药物释放, 生物相容性

Abstract:

Supramolecular hydrogels as biomaterials have been widely investigated for medical applications. However， the inadequate strength and stability of supramolecular hydrogels limit their applications in dressings， stents and drug carriers. In order to improve the mechanical properties of supramolecular hydrogels， a graphene oxide-hyaluronic acid-polyethylene glycol supramolecular hydrogel （GHCAP） is successfully prepared by the host-guest interaction of cyclodextrin and adamantane functional groups， with hyaluronic acid grafted cyclodextrin and graphene oxide （GO） as the main polymers and four-arm polyethylene glycol grafted adamantane as guest polymers. The elastic modulus of GHCAP-functionalized hydrogel is significantly increased compared with that of hyaluronic acid-polyethylene glycol supramolecular hydrogel （HCAP） without graphene oxide， and the loading rate of GHCAP-functionalized hydrogel for cichoric acid drugs reached 43.38% under the same conditions. Hence， the supramolecular hydrogels of GHCAP are expected to have wide application in the fields of medical biomaterials such as tissue dressings and drug carriers.

Key words: Supramolecular hydrogels, Graphene oxide, Hyaluronic acid, Drug release, Biocompatibility

中图分类号:

O636.1

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图/表 9

图示1 负载菊苣酸的CD-HA-GO原理示意图

图1 CD-Tos（A）、CD-HDA（B）、CD-HA（C）和PEG-AD（D）的核磁共振氢谱图

Fig.1 1H NMR spectra of CD-Tos（A）， CD-HDA（B）， CD-HA（C） and PEG-AD（D）

图2 （A） HA及改性HA（a.HA； b.CD-HA； c.CD-HA-GO）和（B） PEG及PEG-AD（a.PEG； b.PEG-AD）的FT-IR谱图

Fig.2 FT-IR spectra of （A） HA and modified hyaluronic acid （a.HA； b.CD-HA； c.CD-HA-GO）and （B） PEG and PEG-AD （a.PEG； b.PEG-AD）

图3 CD-HA-GO的XPS谱图

Fig.3 XPS spectra of CD-HA-GO

图4 不同倍数的HCAP（A）、GHCAP（B）、DHCAP（C）和DGHCAP（D）超分子水凝胶冻干后的SEM图

Fig.4 SEM images of freeze-drying HCAP （A）， GHCAP （B）， DHCAP （C） and DGHCAP （D） supramolecular hydrogels at different magnificationsNote： Cyclodextrin-adamantane host-guest supramolecular hydrogel （HCAP）； Cyclodextrin-adamantane host-guest supramolecular hydrogel containing 2% graphene oxide （GHCAP）； Cichoric acid-loaded cyclodextrin-adamantane supramolecular hydrogel （DHCAP）； Cichoric acid-loaded cyclodextrin-adamantane host-guest supramolecular hydrogel containing 2% graphene oxide （DGHCAP）

图5 HCAP （A）和GHCAP （B）超分子水凝胶的TGA曲线图

Fig.5 TGA curves of HCAP （A） and GHCAP （B） supramolecular hydrogels

图6 HCAP（A、C）和GHCAP（B、D）超分子水凝胶的流变特性：（A、B）应变为0.1%的频率扫描；（C、D）频率为1 Hz的应力扫描

Fig.6 Rheological properties of HCAP （A， C） and GHCAP （B， D） supramolecular hydrogels：（A， B） Frequency sweep at strain of 0.1%；（C， D） Stress sweep at frequency of 1 Hz

图7 HCAP和GHCAP超分子水凝胶的药物负载和释放

Fig.7 Drug loading and release of HCAP and GHCAP supramolecular hydrogelsNote： A. The loading efficiency of HCAP and GHCAP； B. Cumulatively released drug amount； C. Drug amount released at each time point from HCAP and GHCAP

图8 不同浓度HCAP和GHCAP溶液体外细胞培养24 h的CCK-8结果

Fig.8 CCK-8 results of 24 h cell culture in vitro with different concentrations of HCAP and GHCAP

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