輻照交聯(lián)透明質(zhì)酸凝膠性能的研究劉鶴張麗葉北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100029摘要透明質(zhì)酸HA與甲基丙烯酸縮水甘油酯GMA接枝形成GMAHA衍生物，在60CO射線輻照環(huán)境下，GMAHA衍生物在水溶液中形成交聯(lián)HA凝膠。流變學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，交聯(lián)HA凝膠的存儲(chǔ)模量G顯著高于損耗模量G，且對(duì)剪切頻率的依賴性不明顯，表現(xiàn)出了高彈性凝膠特征交聯(lián)HA凝膠在水中穩(wěn)定性較好，可吸收自身質(zhì)量2050倍的水分，在分子量一定的情況下，交聯(lián)HA凝膠的吸水量隨著GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和一定范圍內(nèi)輻照劑量的增加而減小咔唑顯色法檢測(cè)的糖醛酸結(jié)果顯示，交聯(lián)HA凝膠的抗氧化性和耐酶解性較交聯(lián)前有很大提高在制備條件一定的情況下，環(huán)境PH值、溫度是影響該交聯(lián)HA凝膠抗氧化性、耐酶解性的主要因素。關(guān)鍵詞交聯(lián)流變學(xué)分析吸水性能抗氧化性耐酶解性中圖分類號(hào)TQ050條件對(duì)該交聯(lián)HA凝膠抗氧化性與耐酶解性的影響。引言透明質(zhì)酸HA具有良好的保濕性、流變性和潤(rùn)滑性1。但是，臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)天然HA在組織中易擴(kuò)散，易被人體內(nèi)的氧化物質(zhì)或酶降解，很難滿足某些特殊情況要求的黏彈性和穩(wěn)定性，限制了HA在臨床上的應(yīng)用24。通常將HA進(jìn)行適當(dāng)交聯(lián)，使HA黏彈性增強(qiáng)，水溶性減弱，降解時(shí)間延長(zhǎng)。目前研究較多的交聯(lián)方法主要采用化學(xué)交聯(lián)劑，包括環(huán)氧化物、二乙烯基砜、甲醛等57，化學(xué)交聯(lián)劑一般具有細(xì)胞毒性，殘留的交聯(lián)劑應(yīng)用于人體時(shí)會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)8。高能射線輻照交聯(lián)反應(yīng)無(wú)需催化劑或引發(fā)劑，可獲得純度高且無(wú)毒的交聯(lián)產(chǎn)物。將射線直接應(yīng)用于HA交聯(lián)時(shí)，由于能量較高，HA分子鏈產(chǎn)生大量自由基而斷裂，輻照結(jié)果往往向降解方向進(jìn)行。陳森軍等9將甲基丙烯酸縮水甘油酯GMA接枝到HA鏈上引入雙鍵，再用射線輻照的方法成功制備出具有高交聯(lián)度的HA衍生物張麗等10采用分光光度法研究表明該交聯(lián)衍生物是可降解的生物材料。在此基礎(chǔ)上，本文從流變性能、吸水性能、抗氧化性能和耐酶解性能方面綜合考察輻照法制備的交聯(lián)HA凝膠，并從PH值、溫度方面考察環(huán)境實(shí)驗(yàn)部分111原料和儀器111實(shí)驗(yàn)原料HA分子量30萬(wàn)，山東福瑞達(dá)生物制藥有限公司GMA，分析純，日本三菱公司三乙胺，分析純，北京化學(xué)試劑公司四丁基溴化銨，分析純，北京化學(xué)試劑公司雙氧水，質(zhì)量分?jǐn)?shù)30，分析純，北京化工廠透明質(zhì)酸酶HASE，SIGMA公司咔唑，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。112實(shí)驗(yàn)儀器CO60源，北京原子高科金輝輻射技術(shù)有限公司DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南省予華儀器有限公司1012A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司。哈克RS150多功能流變儀，美國(guó)HAAKE公司。交聯(lián)HA凝膠的制備將HA溶解于適量去離子水中，以適當(dāng)比例逐個(gè)添加GMA、三乙胺、四丁基溴化銨，室溫?cái)嚢?4H，60保溫接枝30MIN后用丙酮沉淀，將沉淀洗滌23次后干燥。將干燥后的樣品配制成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，在射線輻照強(qiáng)度20GY/MIN條件下進(jìn)行輻照，即得交聯(lián)HA凝膠。13分析方法12收稿日期20110425第一作者女，1985年生，碩士生通訊聯(lián)系人EMAILLYZHANGMAILBUCTEDUCN131流變性能測(cè)試使用哈克RS150型多功能流變儀，在測(cè)試溫度北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版2011年5025、應(yīng)力50PA條件下對(duì)交聯(lián)HA進(jìn)行黏彈性測(cè)定，對(duì)照品為相同濃度的HA原料。132交聯(lián)HA凝膠吸水性能測(cè)定取適量凝膠，放于50烘箱徹底干燥至恒重，稱得質(zhì)量為MD。將干燥后的凝膠置于去離子水中浸泡，吸水飽和后取出，擦干表面水分，反復(fù)吸水擦干直至稱量為恒重，質(zhì)量為MS。根據(jù)式1計(jì)算交聯(lián)HA凝膠的吸水性能Q，吸水性能Q指每G凝膠吸收的水的質(zhì)量，G/G。凝膠分子內(nèi)的相互作用較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)比未交聯(lián)的HA更穩(wěn)定。HA交聯(lián)后黏彈性的提高可以更好地符合其作為防治術(shù)后粘連材料、軟組織填充材料等的性能要求1213。22制備條件對(duì)交聯(lián)HA凝膠吸水性能的影響221GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠吸水性能的影響如表1所示。交聯(lián)HA凝膠的吸水量保持在2050G/G之間。隨著GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，單位體積內(nèi)的GMAHA增多，分子相距較近，射線輻照時(shí)產(chǎn)生的自由基較多且相距較近，自由基相互碰撞結(jié)合幾率大大增加，分子鏈之間纏繞緊密，形成交聯(lián)度較高的凝膠，對(duì)外表現(xiàn)為吸水量少。表1GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)交聯(lián)HA凝膠吸水性能的影響QMSMD/MD1133交聯(lián)HA凝膠抗氧化性和耐酶解性測(cè)定將樣品置于冰水中冷卻，緩慢滴加4、0025MOL/L四硼酸鈉硫酸溶液，混勻后置于沸水浴中煮沸20MIN，冷卻至室溫。加入咔唑試劑025G咔唑溶于200ML無(wú)水乙醇02ML，混勻后置于沸水浴煮沸10MIN，冷卻至室溫。在570NM波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。HA的降解產(chǎn)物葡萄糖醛酸在570NM波長(zhǎng)處的吸光度與葡萄糖醛酸的量成正比。通過(guò)測(cè)定葡萄糖醛酸的量來(lái)反映HA凝膠的降解情況，進(jìn)而反映該凝膠的抗氧化性能和耐酶解性能11。2結(jié)果與討論TABLE1EFFECTOFGMAHACONTENTONTHEWATERUPTAKECAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGELQ/GG1編號(hào)WGMAHA/1239152046833753091425257421交聯(lián)HA凝膠的流變性分析交聯(lián)前后HA的流變性如圖1所示。純HA的222輻照劑量輻照劑量對(duì)凝膠吸水性能的影響如表2所示。隨著輻照劑量的增加，產(chǎn)生自由基增多，因而凝膠交聯(lián)度升高，輻照劑量在520KGY之間時(shí)，交聯(lián)HA凝膠吸水量隨著輻照劑量的增加而降低。輻照劑量過(guò)高對(duì)實(shí)際操作沒(méi)有太大意義，所以本文沒(méi)有繼續(xù)討論。儲(chǔ)存模量G隨著剪切頻率的增加而增加，G與損耗模量G出現(xiàn)了相交。交點(diǎn)之后G稍大于G，純HA顯示出了弱的黏彈性特征。表2TABLE2輻照劑量對(duì)交聯(lián)HA凝膠吸水性能的影響EFFECTOFIRRADIATIONDOSAGEONTHEWATERUPTAKECAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGEL編號(hào)輻照劑量/KGYQ/GG112345101520375227119931852圖1G和G與剪切頻率的關(guān)系FIG1THERELATIONSHIPBETWEENG，GANDSHEARINGFREQUENCYHA由GMA接枝后，經(jīng)射線輻照，由原先的水溶性變?yōu)樗蝗苄缘哪z，且交聯(lián)HA凝膠在吸水溶脹過(guò)程中狀態(tài)穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)變形、溶解等現(xiàn)象，由本法制備的交聯(lián)HA凝膠在保持吸水性能的同時(shí)大大增加了其在水中的穩(wěn)定性。交聯(lián)HA凝膠的存儲(chǔ)模量G遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于損耗模量G，且當(dāng)剪切頻率變化時(shí)，G幾乎不變，是聚合物凝膠典型的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征11。本文制備的輻照交聯(lián)HA凝膠表現(xiàn)出了黏彈性材料的特性，說(shuō)明該第6期劉鶴等輻照交聯(lián)透明質(zhì)酸凝膠性能的研究5123環(huán)境條件對(duì)交聯(lián)HA凝膠的抗氧化性能的影響漸降低。高溫環(huán)境下凝膠氧化降解快且降解率高，中、低溫有利于凝膠抗氧化性能的保持。231純HA與交聯(lián)HA凝膠的抗氧化性比較純HA和交聯(lián)HA凝膠在雙氧水作用下的氧化降解結(jié)果如圖2所示。HA在3D時(shí)已經(jīng)接近全部氧化降解。交聯(lián)的HA凝膠在5D時(shí)氧化降解60左右?？梢?，本法制備的交聯(lián)HA凝膠可被氧化降解，由于產(chǎn)生交聯(lián)，其抗氧化能力較之純HA大大提高。圖4溫度對(duì)HA凝膠抗氧化性的影響FIG4EFFECTOFTEMPERATUREONTHEANTIOXIDATIVECAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGEL環(huán)境條件對(duì)交聯(lián)HA凝膠的耐酶解性能的影響24241純HA與交聯(lián)HA凝膠的耐酶解性比較純HA和交聯(lián)HA凝膠在HASE作用下的酶解結(jié)果如圖5所示。純HA在3D時(shí)已經(jīng)接近全部酶解。輻照后的交聯(lián)HA凝膠在5D時(shí)酶解70左右?？梢姡杀痉ㄖ苽涞慕宦?lián)HA凝膠可被酶降解，由于交聯(lián)使其耐酶解能力較之純HA大大提高。圖2純HA凝膠與交聯(lián)HA凝膠的抗氧化情況FIG2ANTIOXIDATIVECAPABILITIESOFHAGELANDTHECROSSLINKEDHAGEL環(huán)境PH232PH值對(duì)交聯(lián)HA凝膠抗氧化性的影響如圖3。中性條件下，凝膠隨著時(shí)間的延長(zhǎng)接近勻速降解，5D時(shí)降解60左右。酸性環(huán)境中氧化降解相對(duì)緩慢，交聯(lián)HA凝膠本身含有的酸性基團(tuán)使其在酸性環(huán)境中更容易保持自身的穩(wěn)定性14。堿性環(huán)境中，交聯(lián)HA凝膠的抗氧化性有所提高。圖5純HA與交聯(lián)HA凝膠的耐酶解性情況FIG5ANTIENZYMOLYSISCAPABILITIESOFHAGELANDTHECROSSLINKEDHAGEL242環(huán)境PHPH值對(duì)交聯(lián)HA凝膠耐酶解性的影響如圖6所示。中性條件下，交聯(lián)HA凝膠的酶解情況隨著時(shí)間的延長(zhǎng)接近勻速降解。在酸性、堿性條件，交聯(lián)HA凝膠的耐酶解性比在中性條件下更強(qiáng)。圖3PH值對(duì)交聯(lián)HA凝膠抗氧化性的影響FIG3EFFECTOFPHONTHEANTIOXIDATIVECAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGEL233環(huán)境溫度溫度對(duì)交聯(lián)HA凝膠抗氧化性的影響如圖4。隨著溫度的升高，交聯(lián)HA凝膠抗氧化降解能力逐243環(huán)境溫度溫度對(duì)交聯(lián)HA凝膠耐酶解性的影響如圖7。生理溫度下，交聯(lián)HA凝膠呈現(xiàn)近似勻速降解趨勢(shì)。20條件下，交聯(lián)HA凝膠酶解緩慢，低溫環(huán)境下有北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版2011年52條件研究J食品科技，2007，3243235TANCF，WANGM，CHENXFSTUDYONDEGRADATIONMETHODSANDCONDITIONSOFHYALURONICACIDJFOODSCIENCEANDTECHNOLOGY，2007，3243235INCHINESE聶素云，盧文慶，馮曉健，等交聯(lián)透明質(zhì)酸的降解3及其釋藥性能J功能材料，2007，38增刊1910NIESY，LUWQ，F(xiàn)ENGXJ，ETALDEGRADATIONANDDRUGRELEASINGPROPERTYOFCROSSLINKEDHAJJOURNALOFFUNCTIONALMATERIALS，2007，38SUPPL19071910INCHINESE于學(xué)麗，王傳棟，李保陸，等透明質(zhì)酸的改性及其應(yīng)用J生物醫(yī)學(xué)工程研究，2005，2416166YUXL，WANGCD，LIBL，ETALMODIFICATIONANDAAPPLICATIONOFHYALURONICACIDJJOURNALOFBIOMEDICALENGINEERINGRESEARCH，2005，2416166INCHINESE米鵬程，王伯初，馮薇，等二乙烯基砜交聯(lián)透明質(zhì)酸鈉凝膠的制備及其生物相容性J中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，121426752678MIPC，WANGBC，F(xiàn)ENGW，ETALPREPARATIONANDBIOCOMPATIBILITYOFSODIUMHYALURONATEGELCROSSLINKEDBYDIVINYLSULFONEJJOURNALOFCLINICALREHABILITATIVETISSUEENGINEERINGRESEARCH，2008，121426752678INCHINESE葛翠蘭，朱彬，張雪雁，等交聯(lián)透明質(zhì)素特性的研1907圖6PH值對(duì)交聯(lián)HA凝膠耐酶解性的影響FIG6EFFECTOFPHONTHEANTIENZYMOLYSISCAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGEL利于交聯(lián)HA凝膠抗酶解性能的保持。高溫環(huán)境下，交聯(lián)HA凝膠降解迅速，酶解率較高，在實(shí)際應(yīng)用中，相對(duì)于較高環(huán)境溫度，可通過(guò)增加HA的交聯(lián)度以提高其耐酶解性能。456圖7溫度對(duì)交聯(lián)HA凝膠耐酶解性的影響FIG7EFFECTOFTEMPERATUREONTHEANTIENZYMOLYSISCAPABILITYOFTHECROSSLINKEDHAGEL究J中華生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2007，133143GECL，ZHUB，ZHANGXY，ETALPROPERTIESSTUDYOFCROSSLINKEDHYALURONANGELJCHINESEJOURNALOFBIOMEDICALENGINEERING，2007，133139143INCHINESEPRESTWICHGD，MARECAKDM，MARECEKJF，ETALCONTROLLEDCHEMICALMODIFIEATIONOFBYALURONICACIDSYNTHESIS，APPLICATIONS，ANDBIODEGRADATIONOFHYDRAZIDEDERIVATIVESJJOURNALOFCONTROLLEDRELEASE，1998，531/2/393103朱彬，葛翠蘭，顧其勝氣相色譜法檢測(cè)交聯(lián)透明質(zhì)酸中交聯(lián)劑殘留量J生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展，2008，2912628ZHUB，GECL，GUQSGASCHROMATOGRAPHYANALYSISOFDIVINYLSULFONEINCROSSLINKEDHYALURONANGELSJPROGRESSINBIOMEDICALENGINEERING，2008，2912628INCHINESE陳森軍，張麗葉輻照交聯(lián)改性透明質(zhì)酸的研究J139結(jié)論1HA經(jīng)輻照交聯(lián)形成了具有高黏彈性的不溶于水的凝膠。交聯(lián)HA凝膠吸水量保持在2050G/G之間，隨著GMAHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和一定范圍內(nèi)輻照劑量的增加而減小。2交聯(lián)HA凝膠在氧化劑、酶解劑作用下，5D降解70左右，較之交聯(lián)前3D全部降解的情況，HA的抗氧化性能和耐酶解性能在交聯(lián)后大大提高。378參考文獻(xiàn)1LIUYC，SHUXZ，PRESTWICHGDBIOCOMPATIBILITYANDSTABILITYOFDISULFIDECROSSLINKEDHYALURONANFILMSJBIOMATERIALS，2005，262347374746覃彩鳳，王淼，陳曉峰透明質(zhì)酸的降解方法及工藝92北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2009，36346第6期劉鶴等輻照交聯(lián)透明質(zhì)酸凝膠性能的研究5349CHENSJ，ZHANGLY基吡咯烷酮水凝膠的流變性J功能高分子學(xué)報(bào)，2000，134415417XIEXL，LIUXX，TONGZ，ETALRHEOLOGICALPROPERTIESOFPOLY1VINYL2PYRROLIDONEHYDROGELSASARTIFICIALVITREOUSBODYJJOURNALFUNCTIONALPOLYMERS，2000，134415417INCHINESE13ZHAOL，XUL，MITOMOH，ETALSYNTHESISOFPHSENSITIVEPVP/CMCHITOSANHYDROGELSWITHIMPROVEDSURFACEPROPERTYBYIRRADIATIONJCARBOHYDRATEPOLYMERS，2006，64347348014白繪宇，徐晶，李慧瑤，等透明質(zhì)酸的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展J廣東化工，2010，3711243248BAIHY，XUJ，LIHY，ETALRESEARCHPROGRESSOFPREPARATIONANDAPPLICATIONOFHYALURONICACIDJGUANGDONGCHEMICALINDUSTRY，2010，3711243248INCHINESECROSSLINKINGOFHYALURONICACIDBYIRRADIATIONJJOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYNATURALSCIENCE，2009，3634649INCHINESE10張麗，張麗葉輻照交聯(lián)透明質(zhì)酸的降解特性研究J北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2009，36增刊4649ZHANGL，ZHANGLYDEGRADATIONCHARACTERISTICSOFHYALURONICACIDCROSSLINKEDBYIRRADIATIONJJOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYNATURALSCIENCE，2009，36SUPPL4649INCHINESE11JEONO，SONGSJ，LEEKJ，ETALMECHANICALPROPERTIESANDDEGRADATIONBEHAVIORSOFHYALURONICACIDHYDROGELSCROSSLINKEDATVARIOUSCROSSLINKINGDENSITIESJCARBOHYDRATEPOLYMERS，2007，70325125712謝小莉，劉新星，童真，等用作人工玻璃的聚乙烯PROPERTIESOFHYALURONICACIDCROSSLINKEDBYIRRADIATIONLIUHEZHANGLIYECOLLEGEOFLIFESCIENCEANDTECHNOLOGY，BEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY，BEIJING100029，CHINAABSTRACTGLYCIDYLMETHACRYLATEGMAHASBEENGRAFTEDONTOHYALURONICACIDHATOFORMGMAHACONJUGATESAFTERTREATINGTHESOLUTIONOFGMAHADERIVATIVESWITH60COIRRADIATION，ACROSSLINKEDHAGELWASOBTAINE