CN113144272A - 一种用于创面修复的形状可调控的水凝胶贴片及其制备方法 - Google Patents

一种用于创面修复的形状可调控的水凝胶贴片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于创面修复的形状可调控的水凝胶贴片及其制备方法，据伤口外观形貌导向化设计个体化黑色遮光板的图案形状，用3D Max软件绘制出对应图案的源文件并通过3D打印制备中空黑色遮光板，所述的中空黑色遮光板为具有特定设计形状的中空结构个体化黑色遮光板，利用遮光板进行甲基丙烯酰化明胶GelMA的光交联聚合，从而制备形状可调控的水凝胶贴片。本发明制备的水凝胶贴片可与不同个体创面形状完全吻合，水凝胶内负载血管内皮生长因子VEGF，在保护创面同时可以促进细胞增殖分化，诱导血管新生，从而加速创面愈合，功能多样、疗效显著，适用范围广。

Description

一种用于创面修复的形状可调控的水凝胶贴片及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种用于创面修复的个体化水凝胶贴片及其制备方法。
背景技术
日常外伤和外科手术是导致创面的主要原因，创面修复是全世界医疗卫生领域一个备受关注的问题。目前常见的创面修复方法包括外科缝合、清创引流、覆盖医用敷料等。医用敷料由于材料生物相容性差和创面贴合效果差等问题，创面修复效果有待提高。
水凝胶敷料由于其良好生物相容性，是促进创面修复的一种主要方式。但水凝胶材料的皮肤粘附性能差，且形状难以调控，与皮肤的贴合效果欠佳，存在敷料移位、脱落等问题，制约其在创面修复中的广泛应用。设计一种形状可控的水凝胶贴片，用于精准贴合创面部位，有助于实现不同创面的个体化治疗。另外，在创面修复中，适当的加入血管内皮生长因子可以促进细胞代谢、增殖和血管新生，主动地加速伤口愈合。
因此，基于个体化设计理念，本发明通过3D打印遮光板和紫外光成胶方法，将基于创面形状设计的中空黑色遮光板覆盖在负载血管内皮生长因子的水凝胶溶液表面，通过紫外光照射聚合，形成个体化形状的水凝胶贴片，研发了一种形状可控设计的水凝胶贴片，对于精准促进创面修复具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于创面修复的水凝胶贴片及其制备方法，本发明通过个体化的形状设计，基于负载VEGF的水凝胶促进创面修复，可精准加速创面修复。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：1、一种用于创面修复的个体化水凝胶贴片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备个体化黑色遮光板：根据伤口外观形貌导向化设计个体化黑色遮光板的图案形状，用3D Max软件绘制出对应图案的源文件并通过3D打印制备中空黑色遮光板，所述的中空黑色遮光板为具有特定设计形状的中空结构个体化黑色遮光板；
2)制备个体化水凝胶贴片：配置水凝胶溶液，将水凝胶溶液覆盖中空黑色遮光板后，利用紫外光照射，然后清除周围未成胶的溶液，分别得到不同特定设计形状的个体化水凝胶贴片。
其中，所述个体化黑色遮光板为任意形状，根据伤口外观形貌导向设计，长径均为1.0cm。
作为优选的方案，所述的个体化黑色遮光板为花边形、五边形或椭圆形。
进一步的，所述水凝胶原材料溶液采用甲基丙烯酰化明胶GelMA。
进一步的，所述水凝胶原材料溶液在固化之前需要避光放置。
进一步的，所述水凝胶原材料溶液质量百分数浓度为5％-20％。
进一步的，所述水凝胶原材料溶液的固化方法为，向水凝胶原材料溶液中加入体积百分比为0.25％～1％的2-羟基-2-甲基苯丙酮，在紫外光照射下聚合。
其中，步骤2)中，水凝胶溶液成胶方式为通过紫外光照射5-10秒实现，未被紫外光照射成胶的溶液可被吸净去除，实现特殊形状的水凝胶贴片。
进一步的，在水凝胶溶液中预先加入血管内皮生长因子VEGF，共同成胶。
本发明还提供了一种通过上述制备方法制得的用于创面修复的个体化水凝胶贴片，包括黑色遮光板和水凝胶，不同形状水凝胶贴片通过对应的中空黑色遮光板来控制不同形状的紫外光束，光交联聚合成胶，形成个体化贴片。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明提供的用于创面修复的个体化水凝胶贴片制备方法，通过3D打印遮光板和紫外光成胶方法，将基于创面形状的中空黑色遮光板覆盖在负载血管内皮生长因子的水凝胶溶液表面，通过紫外光照射聚合，形成对应形状的水凝胶贴片，制备方法简单、可靠；
2)本发明提供的个体化水凝胶贴片与个体创面形状完全吻合，可个体化设计，有利于精准贴合不同创面；
3)本发明提供的GelMA水凝胶贴片内负载VEGF，在创面的组织液分解作用下，GelMA 水凝胶发生降解并释放出VEGF，从而促进细胞增殖分化和血管新生，主动地促进创面修复。
附图说明
图1为本发明用于创面修复的个体化水凝胶贴片的结构示意图；
图2为本发明的特殊创面3D打印源文件结构示意图；
图3为本发明的黑色中空遮光板结构示意图；
图4为本发明的个体化水凝胶贴片结构示意图；
图5为实施例1中对照组和实验组的大鼠创面愈合图，其中右下角的比例线对应1.0cm 长度。
其中的附图标记为：黑色遮光板1、花边形设计图1-11、五边形设计图1-12、椭圆形设计图1-13、3D打印花边形实物图1-21、3D打印五边形实物图1-22、3D打印椭圆形实物图1-23、个体化水凝胶贴片2、花边形水凝胶2-1、五边形水凝胶2-2、椭圆形水凝胶2-3。
具体实施方式
为了使本领域技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明提供了用于创面修复的个体化水凝胶贴片的制备方法，包括如下步骤：
1)制备个体化黑色遮光板1：根据伤口的特殊形状，如花边形(1-11)、五边形(1-12) 和椭圆形(1-13)，用软件绘制出对应的源文件并3D打印中空黑色遮光板，分别具备花边形 (1-21)、五边形(1-22)和椭圆形(1-23)中空结构(长径均为1.0cm)，得到个体化黑色遮光板；
2)制备个体化水凝胶贴片：配置水凝胶溶液，覆盖中空黑色遮光板后，利用紫外光照射后，清除周围未成胶的溶液，可分别得到花边形(2-1)、五边形(2-2)和椭圆形(2-3)水凝胶，制得个体化水凝胶贴片。
其中，所述水凝胶原材料溶液为甲基丙烯酰化明胶(GelMA)，且水凝胶原材料溶液在固化之前需要避光放置。
进一步地，所述水凝胶原材料溶液浓度为5％-20％。
进一步地，所述水凝胶原材料溶液的固化方法为向水凝胶原材料溶液中加入体积百分比为1％的2-羟基-2-甲基苯丙酮，在紫外光照射下聚合。
进一步地，所述水凝胶溶液成胶通过紫外光照射5-10秒实现，周围未被紫外光照射溶液可被吸除干净，形成特殊形状的水凝胶贴片。
进一步地，所述水凝胶溶液中预先加入血管内皮生长因子(VEGF)，共同成胶。
本发明基于个体化设计理念，通过3D打印遮光板和紫外光成胶方法，将基于创面形状的中空黑色遮光板覆盖在负载血光内皮生长因子的水凝胶溶液表面，通过紫外光照射聚合，形成对应形状的水凝胶贴片，制备方法简单、可靠。
基于上述制备方法制备了用于创面修复的个体化水凝胶贴片，包括黑色遮光板和水凝胶，不同形状水凝胶贴片通过对应的中空黑色遮光板来控制不同形状的紫外光束，光交联聚合成胶，形成个体化贴片。
本发明提供的个体化水凝胶贴片与个体创面形状可设计为完全吻合，具有可个体化设计的特点，有利于精准贴合不同创面；本发明提供的GelMA水凝胶贴片内负载VEGF，在创面的组织液分解作用下，GelMA水凝胶发生降解，释放出VEGF，从而促进细胞增殖分化和血管新生，主动地促进创面修复。
以下为实施例：
实施例1
一种基于创面形状进行个体化设计的水凝胶贴片，按照如下方法制备：
(1)制备基于创面形状的黑色遮光挡板
个体化黑色遮光挡板：根据创面的特殊形状，以花边形1-11、五边形1-12和椭圆形1-13 为例，设计3D打印源文件，并打印出对应中空形状的黑色遮光挡板1-21、1-22、1-23。
(2)制备单纯GelMA水凝胶溶液
首先，称取0.15g GelMA粉末，溶于1.5mL纯水中，置入45摄氏度水浴锅中溶解10分钟，获得澄清的GelMA水溶液后，加入0.015g 2-羟基-2-甲基苯丙酮，超声震荡5分钟，得到澄清的单纯GelMA溶液。
(3)制备GelMA/VEGF水凝胶溶液
首先，称取0.15g GelMA粉末，溶于1.5mL纯水中，置入45摄氏度水浴锅中溶解10分钟，获得澄清的GelMA水溶液后，加入10μg VEGF和0.015g 2-羟基-2-甲基苯丙酮，超声震荡5分钟，得到澄清的GelMA/VEGF溶液。
(4)制备个体化水凝胶贴片
首先，移液枪吸取0.5mL步骤2)制备的水凝胶溶液转移到2×2×0.1cm大小的模具内，表面覆盖黑色遮光板1-21，在100W紫外下照射5秒后，取走黑色遮光板，移液枪吸净未成胶的水凝胶溶液后，得到花边形的水凝胶贴片2-1；同法通过1-22、1-23制备得到五边形水凝胶贴片2-2和椭圆形水凝胶贴片2-3。同法将步骤3)的GelMA/VEGF溶液制备成个体化水凝胶贴片。
实施例2
用于创面修复的水凝胶贴片作用于在大鼠圆形皮肤创面
以实施例1制备的水凝胶贴片为例，用10％(w/v)的水合氯醛腹腔注射麻醉18只重量 200-250g的雌性大鼠，背部备皮，制造直径1.0cm的皮肤全层创面；
将上述背部皮肤缺损模型的大鼠随机分为对照组、GelMA水凝胶和GelMA/VEGF水凝胶组，每组6只：对照组：不接受任何治疗；GelMA水凝胶组：将GelMA水凝胶贴片置入皮肤创面内，轻轻按压使贴片与创面完全贴合；GelMA/VEGF水凝胶组：将GelMA/VEGF 水凝胶贴片置入皮肤创面内，轻轻按压使贴片与创面完全贴合；治疗期间观察大鼠创面愈合动态过程，记录愈合情况，治疗9天后，将大鼠麻醉后，从背部创面取样，进行HE染色和免疫组化染色，并通过脊椎脱臼法处死大鼠。
由图5所示的大鼠创面愈合效果图可见，对照组皮肤创面愈合缓慢，周围炎性红肿反应明显；GelMA水凝胶组和GelMA/VEGF水凝胶组创面愈合情况较对照组有改善，创面修复更快，且GelMA/VEGF水凝胶组修复效果更为明显，在治疗9天后，创面面积较对照组有明显缩小。相对于对照组的自修复，本发明水凝胶贴片具有良好的促进创面修复的能力。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于创面修复的个体化水凝胶贴片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备个体化黑色遮光板：根据伤口外观形貌导向化设计个体化黑色遮光板的图案形状，用3D Max软件绘制出对应图案的源文件并通过3D打印制备中空黑色遮光板，所述的中空黑色遮光板为具有特定设计形状的中空结构个体化黑色遮光板；
2)制备个体化水凝胶贴片：配置水凝胶溶液，将水凝胶溶液覆盖中空黑色遮光板后，利用紫外光照射，然后清除周围未成胶的溶液，分别得到不同特定设计形状的个体化水凝胶贴片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述个体化黑色遮光板为任意形状，根据伤口外观形貌导向设计，长径均为1.0cm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的个体化黑色遮光板为花边形、五边形或椭圆形。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶原材料溶液采用甲基丙烯酰化明胶GelMA。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶原材料溶液在固化之前需要避光放置。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶原材料溶液质量百分数浓度为5％-20％。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶原材料溶液的固化方法为，向水凝胶原材料溶液中加入体积百分比为0.25％～1％的2-羟基-2-甲基苯丙酮，在紫外光照射下聚合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，水凝胶溶液成胶方式为通过紫外光照射5-10秒实现，未被紫外光照射成胶的溶液可被吸净去除，实现特殊形状的水凝胶贴片。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在水凝胶溶液中预先加入血管内皮生长因子VEGF，共同成胶。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的用于创面修复的个体化水凝胶贴片，其特征在于，包括黑色遮光板和水凝胶，不同形状水凝胶贴片通过对应的中空黑色遮光板来控制不同形状的紫外光束，光交联聚合成胶，形成个体化贴片。
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