一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备和应用。该复合水凝胶由Ⅱ型胶原、丙烯酰胺类单体、交联剂、加速剂、引发剂和成胶溶液制成；通过在传统的聚丙烯酰胺凝胶中复合Ⅱ型胶原，利用Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺水凝胶对生物相容性和成软骨诱导能力的协同增效，显著改善聚丙烯酰胺水凝胶的生物相容性和Ⅱ型胶原的成软骨诱导能力，得到具有优良生物相容性和成软骨诱导能力的复合水凝胶，同时兼具良好的机械性能，可直接注射，可以直接作为软骨修复材料，也可以用于制备软骨修复材料，具有广泛的应用前景。该复合水凝胶的制备方法，简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。

A type II collagen and polyacrylamide composite hydrogel and its preparation and Application

The invention discloses a type II collagen and polyacrylamide composite hydrogel, and its preparation and application. The composite hydrogel was made from type II collagen, acrylamide monomer, cross-linking agent, accelerating agent, initiator and gelatin solution. By using type II collagen in traditional polyacrylamide gel, the synergistic effect of collagen II and polyacrylamide hydrogel on biocompatibility and chondrogenic induction ability was significantly improved. Polyacrylamide hydrogel has good biocompatibility and chondrogenic induction ability. It has good mechanical properties and can be injected directly. It can be used as cartilage repair material directly. It can also be used to prepare cartilage repair material. It has wide application prospects. The preparation method of the composite hydrogel is simple, easy to operate, mild conditions, and has a good prospect of industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备和应用
本专利技术涉及水凝胶领域，具体涉及一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备和应用。
技术介绍
软骨损伤在临床上十分常见，由它导致的关节疼痛、关节畸形，甚至严重的功能障碍等临床症状严重影响着人们的生活质量。但是，关节软骨缺乏修复损伤的未分化细胞，软骨细胞非常有限，因此软骨损伤自愈能力有限，目前软骨缺损修复仍然是骨科领域的热点、难点问题。随着生物医学工程的发展，研究者将软骨组织工程的概念引入至软骨缺损修复中。目前的支架材料种类很多，但是很难同时具备生物相容性、机械性能以及成软骨诱导能力，因此，开发一种新型的支架材料迫在眉睫。聚丙烯酰胺(PAM)凝胶是一种人工合成凝胶，是由丙烯酰胺单体，以甲叉双丙烯酰胺(即N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)为交联剂，经催化剂四甲基乙二胺(TEMED)催化，通过游离基引发(光引发、化学引发等，如过硫酸铵)聚合而形成的交联聚丙烯酰胺凝胶。聚丙烯酰胺水凝胶自1994年开始被用于软组织填充材料，并广泛应用于整形外科，具有良好的生物相容性和机械性能，是软骨组织工程支架材料的理想选择。Ⅱ型胶原作为关节软骨的主要成分，具有促进间充质干细胞成软骨分化的能力，并且较I型胶原可表现出更好的细胞形态以及成软骨的基因表达。如能将Ⅱ型胶原与聚丙烯酰胺复合得到一种新型的水凝胶，将具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶，旨在解决现有水凝胶作为软骨组织工程材料机械强度欠缺、生物相容性差以及无成软骨诱导能力等问题，具有良好的临床应用前景，可用于用于软骨缺损的修复。本专利技术还提供了一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，该方法简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶，由Ⅱ型胶原、丙烯酰胺类单体、交联剂、加速剂、引发剂和成胶溶液制成；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物中的一种或者两种；其中，每毫升成胶溶液中，Ⅱ型胶原的用量为10mg-20mg，丙烯酰胺类单体的用量为50mg-150mg，交联剂的用量为1mg-10mg，加速剂的用量为1mg-2mg，引发剂的用量为1mg-2mg。本专利技术通过在传统的聚丙烯酰胺凝胶中复合Ⅱ型胶原，利用Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺水凝胶对生物相容性和成软骨诱导能力的协同增效，显著改善聚丙烯酰胺水凝胶的生物相容性和Ⅱ型胶原的成软骨诱导能力，得到具有优良生物相容性和成软骨诱导能力的复合水凝胶。为了达到更好的技术效果，进行以下优选：所述Ⅱ型胶原可选用猪来源的Ⅱ型胶原、牛来源的Ⅱ型胶原、鸡来源的Ⅱ型胶原等中的一种或者两种以上。所述丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物等中的一种或者两种以上。所述交联剂选用N,N′-亚甲基双丙烯酰胺。所述加速剂选用N,N,N′,N′-四甲基乙二胺。所述引发剂选用过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或者两种。所述成胶溶液用于提供成凝胶化环境，可选用水凝胶常用的水性成胶溶液，例如可选用水、生理盐水、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、培养基溶液等中的一种或者多种。所述复合水凝胶具备良好的生物相容性，可与细胞进行复合，发挥其作用。因此，可在所述Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶中复合细胞(例如：可直接用Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶包覆细胞)，得到含细胞的Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶。当所述复合水凝胶中包含细胞时，所述成胶溶液优选培养基溶液，培养基溶液可根据复合水凝胶中所复合细胞的种类进行选择，以选择适合所述细胞培养环境的培养基为准。所述细胞可选用适于软骨缺损修复的各种细胞中的一种或者多种，例如：软骨细胞、干细胞等中的一种或者多种；所述干细胞可选用脐带间充质干细胞、脐血干细胞等中的一种或者多种。所述细胞的用量并没有严格的要求，可根据需要适量加入。所述复合水凝胶中还可包覆一些药物(例如具有治疗关节软骨的药物)，达到药物缓释的效果，制备一种用于软骨缺损修复的药物缓释水凝胶制剂。所述Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，包括步骤：将Ⅱ型胶原溶解在成胶溶液中，得到Ⅱ型胶原溶液；将丙烯酰胺类单体溶解在成胶溶液中，加入交联剂、引发剂和加速剂，溶解混合均匀后，再加入Ⅱ型胶原溶液，混合均匀，得到Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶。本专利技术还提供了所述Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶的应用，该复合水凝胶成胶速度可控，机械性能可控，可直接注射，可以直接作为软骨修复材料，也可以用于制备软骨修复材料，具有良好的临床应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：(1)本专利技术Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶同时具有优异的机械性能、良好的生物相容性以及可诱导间充质干细胞成软骨分化的能力，可作为一种优良的软骨修复的支架材料。(2)本专利技术Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶具有良好的生物相容性，可与细胞进行复合，用于软骨缺损修复的治疗。(3)本专利技术Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶具备多孔结构，且均在常温下进行，可包覆一些具有治疗关节软骨的药物，达到药物缓释的效果，具备更优的软骨缺损修复的性能。(4)本专利技术Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶制备方法简单，流程易控，常温反应，反应条件温和，具有很好的产业化前景。附图说明图1是本专利技术实施例1复合水凝胶的扫描电子显微镜(SEM)图；图2是本专利技术实施例1复合水凝胶的力学性能测试图；其中，横坐标为G'andG”(Pa)为弹性模量(G')和损耗模量(G”)，单位Pa，纵坐标Time(s)为时间(秒)；图3是本专利技术实施例2复合水凝胶的力学性能测试图；其中，横坐标为G'andG”(Pa)为弹性模量(G')和损耗模量(G”)，单位Pa，纵坐标Time(s)为时间(秒)；图4是本专利技术实施例6含细胞的Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶的生物相容性测试图；图5是空白对照组进行软骨修复的效果图；图6是本专利技术实施例1复合水凝胶进行软骨修复的效果图；图7是空白对照组进行软骨修复的Ⅱ型胶原免疫组化图；图8是本专利技术实施例1复合水凝胶进行软骨修复的Ⅱ型胶原免疫组化图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合附图与实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。实施例1称取10mgⅡ型胶原(猪来源)，充分溶解于0.5mL去离子水中，得到Ⅱ型胶原溶液，备用。称取50mg丙烯酰胺，溶解于0.5mL去离子水中，同时加入交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺4mg，引发剂过硫酸钾1.6mg以及加速剂N,N,N′,N′-四甲基乙二胺1.3mg，充分的溶解混合均匀后，向其中加入已制备的Ⅱ型胶原溶液，充分的混合均匀，10min可形成复合水凝胶。实施例2称取10mgⅡ型胶原(猪来源)，充分溶解于0.5mL去离子水中，得到Ⅱ型胶原溶液，备用。称取100mg丙烯酰胺，溶解于0.5mL去离子水中，同时加入交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺4mg，引发剂过硫酸钾2mg以及加速剂N,N,N′,N′-四甲基乙二胺1.8mg，充分的溶解混合均匀后，向其中加入已制备的Ⅱ型胶原溶液，充分的混合均匀，6min可形成复合水凝胶。实施例3称取20mgⅡ型胶原(猪来源)，充分溶解于0.5mL去离子水中，得到Ⅱ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于，由Ⅱ型胶原、丙烯酰胺类单体、交联剂、加速剂、引发剂和成胶溶液制成；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物中的一种或者两种；其中，每毫升成胶溶液中，Ⅱ型胶原的用量为10mg‑20mg，丙烯酰胺类单体的用量为50mg‑150mg，交联剂的用量为1mg‑10mg，加速剂的用量为1mg‑2mg，引发剂的用量为1mg‑2mg。

【技术特征摘要】
1.一种Ⅱ型胶原和聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于，由Ⅱ型胶原、丙烯酰胺类单体、交联剂、加速剂、引发剂和成胶溶液制成；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物中的一种或者两种；其中，每毫升成胶溶液中，Ⅱ型胶原的用量为10mg-20mg，丙烯酰胺类单体的用量为50mg-150mg，交联剂的用量为1mg-10mg，加速剂的用量为1mg-2mg，引发剂的用量为1mg-2mg。2.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物中的一种或者两种以上。3.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述成胶溶液为水、生理盐水、磷酸盐缓冲溶液、培养基溶液中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述交联剂选用N,N′-亚甲基双丙烯酰胺；所述加速剂选用N,N,N′,N′-四甲基乙二胺；所述引发剂选用过硫酸钾、过硫酸铵中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞燕，熊建义，王大平，梁仟，朱天飞，
申请(专利权)人：深圳市第二人民医院，
类型：发明
国别省市：广东,44