光交联材料、光交联材料形成的水凝胶及制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种光交联材料，由甲基丙烯酸化的含有-OH和-NH2基团的材料构成。该光交联材料通过以下方法制得：1）使含有-OH和-NH2基团的材料溶解；2）使所得溶液与甲基丙烯酸酐反应至少16个小时。本发明专利技术也提供由这种光交联材料形成的水凝胶，通过以下方法制得：1）将光启动剂在避光下溶解于光交联材料的透明溶液；2）对所得溶液进行光照。本发明专利技术的水凝胶可以用作损伤组织的修复材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光交联材料、该光交联材料形成的水凝胶及其制备方法和用途。
技术介绍
由于创伤及病变造成的人体内组织缺损，需要生物材料提供组织生长的支持，同 时这些生物材料也能够作为细胞及再生因子的运输载体。然而，体内的创伤形状往往是不 规则的，通过对材料的修剪可以部分解决这个问题，但是依然存在宿主组织与移植材料不 吻合的部位，这就大大降低了移植材料与宿主组织的整合及随后的修复效果。 实体无形构建（SolidFreeformFabrication)技术能够有效解决这个问题，用于 此类技术的材料最初以粉末或者溶液状态存在，这样可以无需复杂的处理即可非常完美地 无缝覆盖无规则的损伤区域，接着通过不同的聚合方法使这些粉末或者溶液形成固体或者 凝胶组织，这样就能产生出与损伤组织在形状上完全互补的支架。 在不同的此类材料中，水凝胶因其能够独立提供细胞生长的液态环境而受到特别 的关注。目前，已发展出多种不同条件激活的水凝胶成型技术，包括温度敏感型、PH敏感型 等等。温度敏感型材料多为合成材料，选择有限且存在材料特性不均匀的问题。而PH敏感 材料则由于条件过于剧烈，不利于细胞运输。 光敏感型水凝胶技术，因其能够对许多材料进行简单的修饰以达到聚合的目的并 且激活条件相对温和，近来受到特别重视。但其应用目前也存在一些问题，如：大部分光敏 感水凝胶材料都是化学合成的，细胞相容性存在问题，而且由于缺乏细胞黏附基团，造成细 胞无法贴附及生长，大大影响细胞功能。另外，目前用于光交联的交联剂只对紫外光敏感， 而紫外光的使用则潜在地对包含在凝胶中的细胞以及周边宿主组织有突变作用，无法在临 床上应用。
技术实现思路
-方面，本专利技术提供一种光交联材料，由甲基丙烯酸化的含有-OH和-NH2基团的 材料构成。 在实施方式中，含有-OH和-NH2基团的材料可以是明胶、透明质酸、壳聚糖等。根 据所选择的光启动剂的类型，本专利技术的光交联材料可以在紫外光、可见光或红外光的照射 下形成水凝胶。 -方面，本专利技术提供一种制备光交联材料的方法，包括以下步骤： 1)使含有-OH和-NH2基团的材料溶解； 2)使所得溶液与甲基丙烯酸酐反应至少约16个小时。 在实施方式中，含有-OH和-NH2基团的材料可以是明胶、透明质酸、壳聚糖等。 在实施方式中，含有-OH和-NH2基团的材料可以溶解于任何合适的溶剂和溶液 中，溶剂可以是例如水、DMSO等；溶液可以是例如PBS缓冲液、培养基等。 在实施方式中，所得溶液与甲基丙烯酸酐反应约16小时以上，一般反应约16~48 个小时，优选在搅拌中反应约16~48个小时。搅拌的方式可以是置于摇床上，或是使用搅 拌器。反应的温度可以是约50°C以下，特别是约4°C~50°C，例如室温条件下，优选能够保 持材料处于液态的温度，例如约30°C~50°C，特别优选约37°C。 在实施方式中，根据材料的不同，反应时含有-OH和-NH2基团的材料与甲基丙烯 酸酐的摩尔比也不同。含有-OH和-NH2基团的材料是明胶时，步骤（2)中其与甲基丙烯酸酐 的摩尔比为约1:10~1:50,例如可以是约1:10~1:40、1:10~1:30、1:10~1:20、1:20~ 1:50、1:20 ~1:40、1:20 ~1:30、1:30 ~1:50、1:30 ~1:40、1:40 ~1:50,例如 1:10、1:20、 1:30、1:40或1:50,优选为约1:20。含有-OH和-NH2基团的材料是透明质酸时，步骤（2)中 其与甲基丙烯酸酐的摩尔比可以是约2:1~1:2,例如可以是约2:1~1:1、1:1~1:2,例 如约2:1、1:1或1:2，优选为约1:1。含有-OH和-NH2基团的材料是壳聚糖时，步骤（2)中 其与甲基丙烯酸酐的摩尔比可以是约2:1~1:2,例如可以是约2:1~1:1、1:1~1:2,例 如约2:1、1:1或1:2,优选为约1:1。 在实施方式中，在步骤2)之后，可以对得到的光交联材料进行纯化，以除去杂质。 例如可以采用透析的方式进行纯化，以除去小分子。 在实施方式中，反应混合物可以直接以溶液形式存在，也可以冻干成固体以备后 用。 一方面，本专利技术提供一种水凝胶，由上述光交联材料形成。 在实施方式中，由光交联材料溶液到水凝胶的过程不可逆。形成的水凝胶在 约-20°C~60°C下不溶解。 一方面，本专利技术提供由上述光交联材料制备水凝胶的方法，包括以下步骤： 1)将光启动剂在避光下溶解于上述光交联材料的透明溶液中； 2 )对所得溶液进行光照。 在实施方式中，光交联材料的透明溶液可以是光交联材料的水溶液、PBS溶液、培 养基溶液等。该透明溶液可以是如上所述直接制备得到的光交联材料溶液，也可以是将光 交联材料冻干固体再次溶解而得到的溶液。当光交联材料为甲基丙烯酸化的明胶时，其在 透明溶液中的浓度可以为约6% (w/v)以上，优选为约6%~20% (w/v)，例如可以是约6%、 8%、10%、12%、14%、16%、18%或20%等。当光交联材料为甲基丙烯酸化的透明质酸时，其在透 明溶液中的浓度可以为约1% (w/v)以上，优选为约1%~3% (w/v)，例如可以是约1%、1. 5%、 2%、2. 5%或3%等。当光交联材料为甲基丙烯酸化的壳聚糖时，其在透明溶液中的浓度可以 为约1% (w/v)以上，优选为约1%~10% (w/v)，例如可以是约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、 9%或10%等。 在实施方式中，光启动剂可以是任何合适的光启动剂，例如可见光启动剂、紫外光 启动剂、红外光启动剂或敏感波长跨越可见光、紫外光和红外光中的两者或三者的光启动 齐U。其中，光启动子剂的实例可以是苯基_2, 4, 6-三甲基苯甲酰亚膦酸锂（lithiumphenyl -2, 4, 6-trimethylbenzoylphophinate，LAP)或 2-羟基-4- (2-轻乙氧基）-2-甲基苯丙酮 (12959)。光启动剂的加入量可以是光交联材料透明溶液的0.1~1% (w/v)。 在实施方式中，光启动剂与光交联材料透明溶液混合的温度可以是室温以上，例 如 37。。。 在实施方式中，水凝胶的形成是不可逆的，并且可以通过调整光照时间来控制水 凝胶的强度。 在实施方式中，如果要在所得的水凝胶中包裹细胞或其他作用因子，则将光交联 材料透明溶液的pH调节为6. 5~8,优选为7. 4。 在实施方式中，在步骤2)之前，可以将细胞或其他作用因子加入溶液中。此处，其 在实施方式中，在步骤2)之前，将光交联材料的透明溶液注射到损伤组织或模子 中。 在实施方式中，用于照射光交联材料的光可以是可见光、紫外光或红外光。另一方面，本专利技术提供光交联材料及其形成的水凝胶作为组织修复材料的用途。 在实施方式中，组织包括皮肤、软骨、骨、外周神经、脑、脊髓、肌腱等。 本专利技术提供的光交联材料由常见材料通过简单步骤制得，在光启动剂的存在下， 这种光交联材料可以方便地在光照下瞬时形成水凝胶。本专利技术的水凝胶具有良好的组织整 合功能和极佳的生物相容性，并且能使干细胞在其中快速增殖并高效表达自身基因。当应 用于组织修复时，可以选用可见光光启动剂来形成水凝胶，则整个过程对于细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光交联材料，由甲基丙烯酸化的含有‑OH和‑NH2基团的材料构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏桂清，
申请(专利权)人：北京朗嘉仪生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11