一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶及其制备方法，属于生物医用材料领域。所述生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶由以下方法制得：将生物活性玻璃粉体加入至含有光引发剂的改性明胶溶液中，超声、搅拌分散均匀后倒入模具，在紫外光照射一定时间后得到生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶。该生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶具有良好的生物活性、骨诱导性和高含水率（80%以上），可用于非承重骨缺损修复、药物缓释和骨组织工程等领域。

A kind of bioactive glass modified gelatin composite hydrogel and preparation method thereof

The invention discloses a bioactive glass modified gelatin composite hydrogel and preparation method thereof, belonging to the field of biomedical materials. The bioactive glass modified gelatin composite hydrogel is prepared through the following steps: bioactive glass powder is added to containing photoinitiator modified gelatin solution, ultrasonic stirring, dispersed evenly into the mold, obtain bioactive glass modified gelatin composite hydrogel in UV irradiation after a certain period of time. The bioactive glass modified gelatin composite hydrogel has good biological activity, bone induction and high water content (more than 80%), can be used for non load bearing bone defect repair, drug release and tissue engineering etc..

【技术实现步骤摘要】
一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法
本专利技术属于生物医用材料的制备领域，具体涉及一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法。
技术介绍
创伤、肿瘤切除、畸形矫正及感染等原因使骨丧失骨质后容易造成骨缺损。目前，治疗骨缺损最主要的方法是骨移植，包括自体骨和异体骨。自体骨移植无需考虑组织相容性及免疫排斥反应，但供骨来源有限；异体骨来源广泛，但存在免疫排斥和感染血源性病毒等风险。因此，需要研究和开发新型人工骨修复材料以满足临床需求。骨组织的主要成分是胶原和羟基磷灰石。基于仿生角度，采用与天然骨成分相似的有机和无机物制备骨修复材料已成为目前的研究热点之一。生物活性玻璃作为典型的硅酸盐材料，具有良好的生物相容性、骨引导性和骨诱导性，在骨缺损修复具有广泛的应用。明胶是胶原部分水解得到的产物，生物相容性良好，同时链上带负电的羧基基团可作为成核位点，控制和诱导羟基磷灰石形成。生物活性玻璃/明胶复合材料在组成上与人骨组织类似，并具有良好的生物相容性和诱导成骨作用等生物学特性，在一定程度上满足骨修复材料的要求。目前，制备生物活性玻璃/明胶复合材料的常用方法是将一定量的生物活性玻璃粉体加入至明胶溶液中，搅拌均匀后倒入模具中，冷冻干燥成型，随后用交联剂进行化学处理，再进行冷冻干燥，最后得到复合支架材料。然而，通过上述方法制备的复合骨修复材料存在以下问题：（1）制备工艺复杂，需经过成型、冷冻干燥和化学交联等多个步骤；（2）支架成型后需要通过化学交联提高稳定性，但交联剂（如戊二醛）容易残留在支架中，造成细胞毒性；（3）复合支架含水率较低，不利于营养物质和代谢产物的运输。改性明胶是由明胶侧链的活性氨基与甲基丙烯酸酐反应所得，在紫外光引发下发生自由基聚合反应形成水凝胶，改善了明胶力学性能差和降解速率快等缺点。明胶水凝胶具有良好的生物相容性和优异的加工性，同时与细胞外基质具有类似的结构，可为细胞黏附、增殖和分化提供良好的微环境。有研究者通过在明胶水凝胶中添加无机纳米粒子（纳米金颗粒、二氧化硅和羟基磷灰石等），以提高复合水凝胶的生物活性和成骨作用。本专利技术采用光聚合反应原理制备生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶支架材料。该复合水凝胶具有良好的生物相容性和骨诱导能力；生物活性玻璃均匀分散在三维网络结构中，与改性明胶紧密结合，硅、钙和磷等离子溶出产物可缓慢释放；高含水率可保证营养物质和代谢产物的正常运输；制备过程简单，无需使用化学交联剂，在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术和材料的不足，提供一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法，获得具有良好生物活性和骨诱导能力的复合水凝胶，可用于非承重部位骨缺损的治疗，实现骨组织的修复与再生。本专利技术通过以下技术方案实现。一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1）将改性明胶和光引发剂2-羟基-4’-（2-羟乙氧基）-2甲基苯丙酮（IRGACURE2959）充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中，得到改性明胶预聚物溶液；2）在改性明胶预聚物溶液中加入生物活性玻璃粉体，超声分散和磁力搅拌，得到分散均匀的混合浆料；3）将混合浆料倒入聚四氟乙烯模具中，在紫外光照射引发自由基聚合反应，将反应后的产物在磷酸盐缓冲溶液中溶胀以去除未反应的单体和光引发剂，得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶。进一步地，步骤1）所述改性明胶的甲基丙烯酰胺基取代度为40%-80%。进一步地，步骤1）中改性明胶预聚物在改性明胶预聚物溶液中的浓度为7-15w/v%，优选为10w/v%。进一步地，步骤1）所述的光引发剂在磷酸盐缓冲溶液中的浓度为0.1-1w/v%。进一步地，步骤2）所述的生物活性玻璃粉体为采用有机模板结合溶胶-凝胶法制备的微/纳米球形粉体。进一步地，步骤2）所述超声分散30min和磁力搅拌4h。进一步地，步骤2）所述的生物活性玻璃粉体在混合浆料中的浓度为1-10w/v%。进一步地，步骤3）所述紫外光的波长为254-400nm，强度为5-20mW/cm2，照射时间为1-20min。优选波长为365nm，强度为5mW/cm2。由以上所述的制备方法得到的一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶。该生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶可应用于非承重骨缺损部位的治疗，促进骨组织的修复与再生。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术选取生物活性玻璃和改性明胶两种材料进行复合，在紫外光照射下发生自由基聚合反应形成复合水凝胶。该复合水凝胶具有良好的生物相容性和骨诱导能力；合成材料来源广泛，价格低廉；制备方法简单方便，且无需使用化学交联剂。（2）本专利技术的复合水凝胶中生物活性玻璃均匀嵌入改性明胶水凝胶形成的三维网络结构中，与改性明胶通过物理方式（氢键）紧密结合，使硅、钙和磷等离子缓慢释放。且复合水凝胶含水率较高（80%以上），可保证营养物质和代谢废物的运输。（3）改性明胶作为良好的细胞载体，在室温、短时间内即可成胶，可联合骨髓间充质干细胞和生长因子等构建功能化的骨组织工程。（4）本专利技术的生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶可应用于骨缺损修复、药物缓释载体和骨组织工程等领域。附图说明图1a、图1b是本专利技术实施例1所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶在不同放大倍数的扫描电镜图；图1c、图1d是本专利技术实施例2所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶在不同放大倍数的扫描电镜图；图1e、图1f是本专利技术实施例3所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶在不同放大倍数的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例2所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的红外图谱；图3是本专利技术实施例1、2、3所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的含水率图；图4是本专利技术实施例2所得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶与小鼠骨髓间充质干细胞共培养24h后的活死染色图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1（1）生物活性玻璃粉体的制备步骤：生物活性玻璃粉体由有机模板结合溶胶-凝胶法制得，具体合成过程如下：先将40g十二胺加入至250ml去离子水和800ml无水乙醇的混合溶液中，在40℃水浴锅中搅拌至完全溶解；随后加入202ml正硅酸乙酯，搅拌30min；加入24ml磷酸三乙酯，搅拌30min；加入137g四水硝酸钙；将得到的乳白色溶液继续搅拌3h；最后将玻璃溶胶离心得到白色沉淀，置于60℃干燥箱干燥24h，再置于马弗炉650℃烧结3h，即得生物活性玻璃粉体。（2）改性明胶（取代度为40%）的制备步骤：改性明胶由明胶侧链的活性氨基与甲基丙烯酸酐反应所得，具体合成过程如下：先将2g明胶加入至20ml磷酸盐缓冲溶液中，在60℃恒温水浴锅中搅拌，制成10%明胶溶液；待明胶完全溶解，加入0.25ml甲基丙烯酸酐，继续反应4h；反应完后转至40℃恒温水浴锅中，加入40ml磷酸盐缓冲溶液稀释终止反应，继续搅拌30min；随后转移至12k的透析袋中透析7d，以除去溶液中未反应的甲基丙烯酸酐和无机盐；最后将溶液置于-80℃冰箱中预冻，冷冻干燥后得到改性明胶（取代度为40%）。（3）生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶具体合成过程如下：先将1g改性明胶（取代度为40%）和0.01g光引发剂IRGACURE2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将改性明胶和光引发剂2‑羟基‑4’‑（2‑羟乙氧基）‑2甲基苯丙酮充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中，得到改性明胶预聚物溶液；2）在改性明胶预聚物溶液中加入生物活性玻璃粉体，超声分散和磁力搅拌，得到分散均匀的混合浆料；3）将混合浆料倒入聚四氟乙烯模具中，在紫外光照射下引发自由基聚合反应，将反应后的产物在磷酸盐缓冲溶液中溶胀以去除未反应的单体和光引发剂，得生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将改性明胶和光引发剂2-羟基-4’-（2-羟乙氧基）-2甲基苯丙酮充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中，得到改性明胶预聚物溶液；2）在改性明胶预聚物溶液中加入生物活性玻璃粉体，超声分散和磁力搅拌，得到分散均匀的混合浆料；3）将混合浆料倒入聚四氟乙烯模具中，在紫外光照射下引发自由基聚合反应，将反应后的产物在磷酸盐缓冲溶液中溶胀以去除未反应的单体和光引发剂，得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤1）所述改性明胶中甲基丙烯酰胺基取代度为40%-80%。3.根据权利要求1所述的一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤1）中改性明胶预聚物在改性明胶预聚物溶液中的浓度为7-15w/v%。4.根据权利要求1所述的一种生物活性玻璃-改性明胶复合水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓峰，郑佳富，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44