一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法及其应用技术

一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶制备方法及其应用，涉及生物材料制备技术领域。本发明专利技术引入多酚改性壳聚糖和多酚功能化碳材料用于制备具有可生物降解的黏附性骨胶水凝胶。将甲基丙烯酸酐化明胶溶解于水溶液中，加入甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石纳米颗粒和多酚功能化的碳

【技术实现步骤摘要】
一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及生物材料制备
，具体涉及一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]骨折和骨缺损是医学上常见的骨损伤，通常需要通过外科手术来进行组织固定，从而实现组织修复，例如使用金属板、螺钉或钢钉对骨骼进行固定。虽然这类方法对骨折有一定的治疗效果，但是容易出现松动和感染，导致其它并发症的发生。随着技术的进步，聚甲基丙烯酸甲酯、磷酸钙和硫酸钙骨水泥等骨粘合剂得到了广泛的应用。作为一种新型的替代品，使外科手术变得更加简单且快捷。然而，这些产品存在着生物相容性差，无促骨生长能力的缺陷。因此，需要开发具有良好生物相容性，粘附性且促成骨性能的骨粘合剂。近年来，尽管基于水凝胶的新型骨粘合剂被广泛研发，但是目前所见制备的水凝胶粘合剂存在制备复杂，生物相容性低，凝胶时间和粘附强度不能调控，促成骨修复能力不足等问题。有必要开发具有优异的生物相容性和降解性，良好的骨粘附性能，以及可控凝胶时间与粘附强度的骨粘合剂，以解决临床过程中一次性粘骨失败的问题。
[0003]针对以上问题，本专利技术提出了一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法及其应用。此外，该方法制备的水凝胶以天然高分子为主体，具有良好的生物相容性和可降解性，以满足植入的需求。因此，设计一种用于超声调控水凝胶聚合和促成骨修复的生物医用材料，拟克服现有产品的细胞相容性差，粘附强度缺乏控制的缺陷，使其具有良好的临床价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法及其应用，利用超声刺激调控水凝胶的聚合时间及促进骨修复，使水凝胶材料具有良好的生物降解性、生物相容性和骨粘附性能；并且可通过超声调控水凝胶的粘骨性能和时间，加速成骨细胞的增殖与分化，实现骨折的愈合。
[0005]本专利技术的另一个目的是使所述水凝胶适用于外伤性骨裂、骨折损伤，骨粘接及促进骨缺损修复的应用。
[0006]实现本专利技术目的之技术措施如下：
[0007]一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将明胶溶解于PH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，加入甲基丙烯酸酐进行修饰，透析、冷冻干燥得到甲基丙烯酸酐化明胶。
[0009]步骤2：将壳聚糖溶解于pH＝5的酸性水溶液，加入二氢咖啡酸和1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐EDC，调节溶液pH＝5进行反应，透析、冻干得到二氢咖啡酸改性的壳聚糖。
[0010]步骤3：将硝酸钙、氨水和磷酸氢二胺溶液混合后反应过夜、离心、洗涤得到羟基磷
灰石纳米颗粒，将羟基磷灰石纳米颗粒分散在Tris
‑
Hcl缓冲溶液中，加入多巴胺搅拌6
‑
12h，得到多巴胺修饰的羟基磷灰石，将多巴胺修饰的羟基磷灰石分散在水溶液中，加入甲基丙烯酸酐，搅拌3
‑
6h，得到甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石。
[0011]步骤4：将碳材料分散在水溶液中，加入多酚类化合物，并加入碱性溶液调节混合液的PH值为碱性，温度25
‑
40℃，搅拌反应6
‑
24h，得到多酚功能化的碳材料。
[0012]步骤5：将步骤4得到的多酚功能化的碳材料分散于水溶液中，加入六水合氯化铁，利用碳材料表面的多酚还原六水合氯化铁，得到多酚功能化碳
‑
铁材料。
[0013]步骤6：将甲基丙烯酸酐化明胶溶解于水溶液中，加入甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石纳米颗粒和多酚功能化的碳
‑
铁材料形成混合溶液，然后加入二氢咖啡酸改性的壳聚糖水溶液，加入引发剂过硫酸钠，形成水凝胶预聚液；在水凝胶下面施加超声，超声强度为1
‑
3W/cm2,超声时间为1
‑
10min，即可形成所需的水凝胶。
[0014]上述的一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法，所述步骤1中5g明胶中加入2
‑
6mL甲基丙烯酸酐。
[0015]所述步骤2中1g壳聚糖中加入0.5
‑
1.5g的二氢咖啡酸，EDC的质量百分比浓度为2
‑
3wt％。
[0016]所述步骤3中多巴胺的质量百分比浓度为0.1
‑
0.5wt％；15g多巴胺修饰的羟基磷灰石加1
‑
4mL甲基丙烯酸酐。
[0017]所述步骤4中的碳材料包括氧化石墨烯，单壁碳纳米管，多壁碳纳米管的一种或多种。
[0018]所述步骤4中所述多酚类化合物包括单宁酸、二氢咖啡酸、儿茶素、没食子酸、没食子酚、表没食子儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯的一种或多种。
[0019]所述步骤4的具体过程如下，
[0020]S1：将碳材料分散在水溶液中，形成质量百分比浓度为0.1
‑
50.0％；
[0021]S2:再向步骤S1中加入质量百分比浓度为0.05
‑
10.0％的多酚类化合物；
[0022]S3：再向步骤S2中加入碱性溶液，调节溶液至碱性；
[0023]S4：所述步骤S2反应温度为20
‑
50℃，反应时间为0.1
‑
2h；
[0024]S5：所述步骤S3溶液pH＞7，反应温度为20
‑
50℃，反应时间为1
‑
24h。
[0025]所述本专利技术制备方法步骤6中的甲基丙烯酸酐化明胶的质量百分比浓度为10
‑
15wt％；二氢咖啡酸改性的壳聚糖溶解于水溶液中，形成质量百分比浓度为1
‑
4％，甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石的质量百分比浓度为0.5
‑
3％；多酚功能化碳材料
‑
铁材料质量百分比为0.01
‑
0.1％；引发剂的浓度为0.05
‑
1％。
[0026]如所述的方法制备得到的水凝胶的应用，适用于外伤性骨裂、骨折损伤，骨粘接及促进骨缺损修复的应用。
[0027]一种抗可控粘骨和促成骨修复水凝胶，是按照以上任一项所述的可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法制备得到。
[0028]如所述的方法制备得到的水凝胶的应用，适用于骨组织的粘附，可调控粘附性能起到骨组织粘接，并起到骨修复的作用。
[0029]与现有技术比较本专利技术获得的有益技术效果：
[0030]1、本专利技术通过多酚化合物对碳材料进行表面修饰可更好的分散在水凝胶中，并
[0031]实现表面多酚基团与铁离子螯合，形成具有声动力效应的碳材料；在水凝胶网络中不仅形成导电网络，而且在施加超声时，可控制水凝胶凝胶时间。
[0032]2、本专利技术利用甲基丙烯酸酐对多巴胺修饰的羟基磷灰石进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将明胶溶解于PH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，加入甲基丙烯酸酐进行修饰，透析、冷冻干燥得到甲基丙烯酸酐化明胶。步骤2：将壳聚糖溶解于pH＝5的酸性水溶液，加入二氢咖啡酸和1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐EDC，调节溶液pH＝5进行反应，透析、冻干得到二氢咖啡酸改性的壳聚糖。步骤3：将硝酸钙、氨水和磷酸氢二胺溶液混合后离心、洗涤得到羟基磷灰石纳米颗粒，将羟基磷灰石纳米颗粒分散在Tris
‑
Hcl缓冲溶液中，加入多巴胺搅拌6
‑
12h，得到多巴胺修饰的羟基磷灰石，将多巴胺修饰的羟基磷灰石分散在水溶液中，加入甲基丙烯酸酐，搅拌3
‑
6h，得到甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石。步骤4：将碳材料分散在水溶液中，加入多酚类化合物，并加入碱性溶液调节混合液的PH值为碱性，温度25
‑
40℃，搅拌6
‑
24h搅拌反应得到多酚功能化的碳材料。步骤5：将步骤4得到的多酚功能化的碳材料分散于水溶液中，加入六水合氯化铁，利用多酚原位在碳材料表面还原六水合氯化铁，得到多酚功能化碳
‑
铁纳米材料。步骤6：将甲基丙烯酸酐化明胶溶解于水溶液中，加入甲基丙烯酸酐功能化的羟基磷灰石纳米颗粒和多酚功能化的碳
‑
铁纳米材料形成混合溶液，然后加入二氢咖啡酸改性的壳聚糖水溶液，加入引发剂过硫酸钠，形成水凝胶预聚液；在水凝胶下面施加超声，超声强度为1
‑
3W/cm2,超声时间为1
‑
10min，即可形成所需的水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中5g明胶中加入2
‑
6mL甲基丙烯酸酐。3.根据权利要求1所述的一种可控粘骨和促成骨修复水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中1g壳聚糖中加入0.5
‑
1.5g的二氢咖啡酸，EDC的质量百分比浓度为2
‑
3wt％。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁雄，杨璐，谢超鸣，郭小川，
申请(专利权)人：西南交通大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：