CN108587191A - 一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法。所述方法以高弹性丝蛋白、改性的透明质酸为基本原料,采用超声、光交联方法制备出丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶,制得的水凝胶结构稳定性和机械性能好,可改善现有水凝胶溶胀性能差、生物降解难以满足组织工程要求等问题。

Description

一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于组织工程材料领域,特别涉及一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法。
背景技术
关节软骨损伤是临床常见的疑难杂症之一。关节软骨受其自身生理结构所限,损伤后常不能自行修复。目前临床上对关节软骨损伤治疗的方法虽有一定短期疗效,但都是以纤维软骨修复为主,缺少正常透明软骨的力学性能和耐用性,因而通常修复效果较差,难以获得满意的远期临床效果。
软骨组织工程给软骨损伤的治疗提供了一种新方法。软骨组织工程是在体外将种子细胞包埋或种植到三维支架中,通过细胞的粘附、增殖、分化等途径,构建出结构与生理特性与软骨组织类似的组织,再移植到软骨缺损部位进行修复治疗。理想的组织工程支架应该尽可能地模仿细胞外基质的成分和结构。
水凝胶作为用于软组织修复的纤维材料具有若干优点。但是单纯的水凝胶材料稳定性和机械性能普遍较差、溶胀性能差、难以降解,传统的丝蛋白-透明质酸复合材料的制备过程都普遍存在很难回避有毒交联剂的影响,以及材料的力学性能较差等问题。
考虑到传统方法各种问题,组织工程材料领域仍然需要改善的解决手段来愈合软组织缺损。
发明内容
针对现有技术存在问题,本发明的目的在于提供一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法。该方法以高弹性丝蛋白、改性的透明质酸为基本原料,采用超声、光交联方法制备出丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶,制得的水凝胶结构稳定性和机械性能好,可改善现有水凝胶溶胀性能差、生物降解难以满足组织工程要求等问题。
为实现上述发明目的,具体提供了如下所述的技术方案:
1、一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
1)将丝蛋白、改性的透明质酸和光引发剂的混合物在20-37℃温度条件下微震荡达到均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物进行超声处理,然后及时吸入至模具中;
3)将步骤2)所述模具放在紫外光下进行光交联成胶,然后放置在37℃恒温箱中,制得丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶。
优选的,按质量份数计,步骤1)所述丝蛋白、改性的透明质酸、光引发剂分别为86-99份;1~14份;0.5份。
进一步优选的,所述透明质酸用甲基丙烯酸酐改性。
优选的,所述光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐中的一种或几种。
优选的,所述步骤2)中,超声前所述混合物为液体状态,超声后混合物变为半液体状态。
优选的,所述步骤2)超声时间为15-25s,保持温度为25-37℃。
优选的,步骤2)所述模具为直径1cm,高度4mm的圆柱形硅胶模具或24孔板。
优选的,所述步骤3)在紫外光下进行光交联时间为15-25s,所述紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2
2、根据所述的可光交联的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法制得的可光交联的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶,所述水凝胶微观呈疏松多孔的蜂窝状的结构。
进一步,所述可光交联的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的断裂应变在65%-80%范围内,弹性模量在20-200kPa范围内,24小时的溶胀率在13~16范围内。
本发明的有益效果在于:本发明公开的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶及其制备方法中,通过在丝蛋白溶液中加入改性的透明质酸溶液,可有效地增强丝蛋白水凝胶的溶胀性能以及为丝蛋白水凝胶提供必要的生物响应机制以满足组织构建的需求,并且制得的水凝胶结构稳定性和机械性能好,可改善现有水凝胶溶胀性能差、生物降解难以满足组织工程要求等问题,对软骨组织工程支架材料设计与制备具有重要指导意义和参考价值。
附图说明
图1为根据本发明实施例1制备的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的x200倍电镜图片;
图2为根据本发明实施例1制备的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的力学性能图片。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明做详细说明。
以下实施例所使用的透明质酸均使用甲基丙烯酸酐进行改性,具体操作步骤为:
称取2g分子量为20-40万道尔顿的透明质酸钠溶解于100mL二次去离子水中,在室温下用磁力搅拌器匀速搅拌,待溶解完全后,缓慢滴入2mL(滴加速率:1ml/每分钟)的甲基丙烯酸酐溶液。滴加完全后在4℃环境中磁力搅拌反应24小时,此过程中用1mol/L的NaOH溶液不断调节溶液pH为8。
反应结束后,将得到的产物装入截留分子量为3500D的透析袋中,置于二次去离子水中在4℃下透析3天,每天更换去离子水6次。透析完成后将所得的透明质酸溶液冷冻干燥处理以作为改性透明质酸备用。
实施例1
一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶按如下方法进行制备:
1)按质量份数计,以分别为86份;1份;0.5份的丝蛋白、甲基丙烯酸酐改性的透明质酸和2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮的混合物在20℃温度条件下微震荡达到液体均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物在FS-150N超声波处理器里进行超声15s得到半液体状态,然后及时将超声过的材料吸入24孔板中;
3)将步骤2)所得24孔板放入紫外点光源仪器(紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2)中进行光交联25s,然后放置在37℃恒温箱中,制得高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料。
将通过实施例1得到的水凝胶材料进行电镜照射,得到如图1所示的x20倍电镜图片,由图1显示本实施例制备的水凝胶材料微观呈现疏松多孔的蜂窝状的结构,具有很高的孔隙率。
进一步对本实施例制备的材料进行力学性能测试,如图2所示,制得的水凝胶成品断裂应变75%-80%范围内,弹性模量在20-200kPa范围内,溶胀率(24h)在13~16范围内。
实施例2
一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶按如下方法进行制备:
1)按质量份数计,以分别为95份;5份;0.5份的丝蛋白、甲基丙烯酸酐改性的透明质酸和苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐的混合物在20℃温度条件下微震荡达到液体均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物在FS-150N超声波处理器里进行超声25s得到半液体状态,然后及时将超声过的材料吸入24孔板中;
3)将步骤2)所得24孔板放入紫外点光源仪器(紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2)中进行光交联20s,然后放置在37℃恒温箱中,制得高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料。
实施例3
一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶按如下方法进行制备:
1)按质量份数计,以分别为90份;10份;0.5份的丝蛋白、甲基丙烯酸酐改性的透明质酸和苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐的混合物在20℃温度条件下微震荡达到液体均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物在FS-150N超声波处理器里进行超声25s得到半液体状态,然后及时将超声过的材料吸入24孔板中;
3)将步骤2)所得24孔板放入紫外点光源仪器(紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2)中进行光交联20s,然后放置在37℃恒温箱中,制得高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料。
按照实施例1所述的检测方式,分别对实施例2以及实施例3所得样品进行测试,实施例2、3所得样品的x200倍电镜图片同样呈现疏松多孔的蜂窝状的结构,具有很高的孔隙率。断裂应变在75%-80%范围内,弹性模量在90-200kPa范围内,溶胀率(24h)为14-16内。
对比实施例
1)按质量份数计,以分别为100份;0.5份的丝蛋白和2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮的混合物在20℃温度条件下微震荡达到液体均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物在FS-150N超声波处理器里进行超声15s得到半液体状态,然后及时将超声过的材料吸入24孔板中;
3)将步骤2)所得24孔板放入紫外点光源仪器(紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2)中进行光交联25s,然后放置在37℃恒温箱中,制得高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料。
按照实施例1所述的检测方式,对对比实施例所得样品进行测试,对比实施例所得样品的断裂应变在20%-25%范围内,弹性模量在20-30kPa范围内,溶胀率(24h)为10-12范围内。
由以上实施例可论证,通过加入甲基丙烯酸酐改性的透明质酸制备出的高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料,可改善原有的纯丝蛋白水凝胶材料中溶胀性能差、难易降解等特性和为丝蛋白水凝胶提供必要的生物响应机制以满足组织构建的需求,按照本发明所述制备方法制备的材料为高弹性丝蛋白-透明质酸互穿网络可光交联水凝胶材料。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将丝蛋白、改性的透明质酸和光引发剂的混合物在20-37℃温度条件下微震荡达到均匀状态;
2)将步骤1)所得混合物进行超声处理,然后及时吸入至模具中;
3)将步骤2)所述模具放在紫外光下进行光交联成胶,然后放置在37℃恒温箱中,制得丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶。
2.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:按质量份数计,步骤1)所述丝蛋白、改性的透明质酸、光引发剂分别为86-99份;1~14份;0.5份。
3.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:所述透明质酸用甲基丙烯酸酐改性。
4.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:所述光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中,超声前所述混合物为液体状态,超声后混合物变为半液体状态。
6.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:所述步骤2)超声时间为15-25s,保持温度为25-37℃。
7.根据权利要求1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤2)所述模具为直径1cm,高度4mm的圆柱形硅胶模具或24孔板。
8.根据权利1所述一种丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法,其特征在于:所述步骤3)在紫外光下进行光交联时间为15-25s,所述紫外光光源波长:320-500nm,紫外点光源功率:7.0mW/cm2
9.根据权利要求1~8任一项所述的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的制备方法制得的丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶,其特征在于,所述水凝胶微观呈疏松多孔的蜂窝状的结构。
10.根据权利要求9所述丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶,其特征在于,所述丝蛋白/透明质酸互穿网络水凝胶的断裂应变在65%-80%范围内,弹性模量在20-200kPa范围内,24小时的溶胀率在13~16范围内。
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