一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用技术

本发明专利技术提供了一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA‑MBGNs的制备；（3）可光交联纳米介孔生物活性玻璃和改性明胶共交联GelMA‑G‑MBGNs水凝胶的制备。本发明专利技术的无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，采用共交联双重网状结构不仅显著提升了材料的结构稳定性、降解稳定性，还通过控制无机相离子释放速度达到了维持局部pH相对稳定的目的，从而使材料拥有了更为出色的组织修复功能。

Preparation method of inorganic nano particle reinforced hydrogel and its application in artificial periosteum

The present invention provides a kind of inorganic nano particle reinforced hydrogel preparation method, which comprises the following steps: ((1) methacrylate modified gelatin GelMA preparation; (2) photocrosslinkable nano mesoporous bioactive glass GelMA preparation of MBGNs; (3) photocrosslinkable nano mesoporous bioactive glass and modified gelatin crosslinking GelMA G MBGNs hydrogel preparation. Hydrogel preparation method of inorganic nano particles of the invention enhanced by CO crosslinking double net structure not only significantly enhance the structural stability and material degradation stability through ion release rate to maintain a relatively stable local pH objective to control the inorganic phase, the material has better tissue repair function.

【技术实现步骤摘要】
一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用
本专利技术涉及医用材料领域，具体涉及一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用。
技术介绍
骨膜是覆盖在除关节部位以外骨表面的薄膜，是一层坚固的结缔组织包膜。天然的骨膜可分为内外两层：外层为纤维层，由胶原纤维紧密结合而成，含有成纤维细胞；内层为发生层，含有较粗的胶原纤维，并含有骨祖细胞，可以在特定条件下向成骨细胞分化。成纤维细胞和骨祖细胞都会分泌一定的细胞外基质，该细胞外基质主要是一种天然的矿化胶原成分，其中胶原呈规则排列的多级结构，并为钙磷盐的矿化提供模板，从而形成有序排列的矿化胶原复合体。骨膜可通过血管向骨组织提供营养物质，对骨组织的生长发育以及骨组织缺损的修复起到至关重要的作用。甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)，它应用广泛，可用于骨、软骨和血管等。明胶（Gel）具有优良的理化性能，如亲水性强、侧链反应活性高等，且明胶来源广泛、价格低廉、生物相容性好、生物可降解等优点，被广泛用于组织工程支架材料。Gel最重要的氨基酸序列是精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸（RGD）序列，此序列可促进细胞粘附、增殖和分化。美国食品和药物管理局（FDA）认定明胶安全，且已将Gel用做等离子膨胀剂和稳定剂，包括疫苗等。不仅如此，GelMA不仅具有明胶的生物学活性，还具有光交联水凝胶的理化定制能力。水凝胶由于其具有海绵样多孔结构以及良好的亲水性，可以作为良好的拟细胞外基质材料使用，可以为细胞的增殖和分化提供良好的3D环境。甲基丙烯酸改性明胶水凝胶（GelMA）是一种光引发交联水凝胶，众多的研究表明，GelMA可以作为组织工程支架以及药物和基因载体使用。然而和其他众多水凝胶材料类似，缺乏必要的无机成份。在应用于成骨修复领域时，加入含有钙、磷、硅等元素的无机成份可以显著提高材料的生物活性，从而提升修复速度和修复效果。纳米介孔生物活性玻璃（MesoporousBioactiveglassesNanoparticles，MBGNs）组成成分为SiO2-CaO-P2O5。纳米介孔生物活性玻璃具有普通生物活性玻璃所无法比拟的更大的比表面积且更容易降解，同时具有均一的纳米级介孔结构和良好的生物相容性和热稳定性。因此，本技术中采用MBGNs作为无机相来进行材料的有机-无机复合，从而提升材料的生物活性。随着生物活性玻璃的降解，生物活性玻璃中含有的钙、硅、磷等无机离子随之溶出，可以起到促进新生血管生成或促进骨质生成的目的。但MBGNs其纳米的结构使其有团聚的倾向，传统的直接混合的无机成分加入方式只能从成份上对材料进行改进，对材料的机械性能和结构稳定性的提升并不明显。
技术实现思路
要解决的技术问题：本专利技术针对传统无机成分混合加入方式存在的不足提供一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，在加入无机成分的同时提高其机械性能和结构稳定性。技术方案：一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA-MBGNs的制备将纳米介孔生物活性玻璃MBGNs加入到正己烷中，超声分散均匀后，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES进行改性，改性后得到APTES-MBGNs，将碳二亚胺EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS加入GelMA溶液中搅拌溶解后加入APTES-MBGNs，反应得到GelMA-MBGNs；（3）可光交联纳米介孔生物活性玻璃和改性明胶共交联GelMA-G-MBGNs水凝胶的制备将步骤（2）制备的GelMA-MBGNs加至光引发剂2959溶液中超声分散后，加入GelMA溶液，水浴搅拌至完全溶解后置于紫外灯下反应，得到GelMA-G-MBGNs水凝胶。进一步的，所述的一种应用于人工骨膜的无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述甲基丙烯酸改性明胶的制备方法为：称取Gel加入PBS溶液中，于50℃温浴下搅拌1h至完全溶解，制备15%（w/v）Gel溶液；将MA以0.5ml/min的速度逐步滴入15%（w/v）Gel溶液，至体积比为1：400，溶液搅拌1h，得到GelMA溶液；将GelMA溶液置于透析袋中透析过滤后，冻干后于-80℃下冻存。进一步的，所述的一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述GelMA溶液透析袋的截留分子量为12～14kDa，过滤采用0.22um滤膜过滤。进一步的，所述一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述步骤（2）中GelMA溶液的质量分数为5wt%，其中GelMA溶液中，m水：mEDC：mNHS为200:2-4:1-2。进一步的，所述的一种应用于人工骨膜的无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述步骤（2）中的加入APTES-MBGNs与GelMA的质量比为1:1。进一步的，所述的一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述步骤（3）中光引发剂2959的浓度为1wt%。进一步的，所述的一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述步骤（3）中超声分散时间为10min，水浴温度为40℃。进一步的，所述的一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，所述步骤（3）中紫外灯的光照强度为10mW/cm2，反应时间为5min。上述的制备方法制备的无机纳米颗粒增强水凝胶在人工骨膜中应用。有益效果：本专利技术的无机纳米颗粒增强水凝胶，对MBGNs进行表面氨基改性并进一步接枝GelMA，使MBGNs具有和GelMA进行共交联的性能。采用共交联双重网状结构的GelMA-G-MBGNs水凝胶人工骨膜不仅显著提升了材料的结构稳定性、降解稳定性，还通过控制无机相离子释放速度达到了维持局部pH相对稳定的目的，从而使材料拥有了更为出色的组织修复功能。附图说明图1为甲基丙烯酸改性明胶的制备过程图；图2为制备GelMA-MBGNs的反应流程图；图3为MBGNs改性前后的FTIR图，其中（a）为未改性的MBGNs，（b）为表面氨基改性的MBGNs，（c）为GelMA-MBGNs；图4为MBGNs改性前后的SEM和TEM图，其中（a）为未改性的MBGNs的SEM图，（b）为GelMA-MBGNs的SEM图，（c）为未改性的MBGNs的TEM图，（d）为GelMA-MBGNs的TEM图；图5为光交联水凝胶的合成过程图，其中（a）普通光交联GelMA水凝胶，（b）共混GelMA/MBGNs水凝胶，（c）GelMA-G-MBGNs水凝胶；图6为三种水凝胶SEM图，其中（a）普通光交联GelMA水凝胶，（b）共混GelMA/MBGNs水凝胶，（c）GelMA-G-MBGNs水凝胶；图7为三种水凝胶FTIR图，其中（a）普通光交联GelMA水凝胶，（b）共混GelMA/MBGNs水凝胶，（c）GelMA-G-MBGNs水凝胶；图8为不同浓度GelMA/MBGNs水凝胶的力学测试、溶胀、失重测试图，其中（a）为GelMA水凝胶，（b）为1%GelMA/MBGNs水凝胶，（c）为3%GelMA/MBGNs水凝胶，（d）为5%GelMA/MBGNs水凝胶；图9为不同浓度GelMA-G-MBGNs水凝胶的力学测试、溶胀、失重测试图，其中（a）为GelMA水凝胶，（b）为1%GelMA-G-MBGNs水凝胶，（c）为3%GelMA-G-MBGNs水凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA‑MBGNs的制备将纳米介孔生物活性玻璃MBGNs加入到正己烷中，超声分散均匀后，加入3‑氨丙基三乙氧基硅烷APTES进行改性，改性后得到APTES‑MBGNs，将碳二亚胺EDC和N‑羟基琥珀酰亚胺NHS加入GelMA溶液中搅拌溶解后加入APTES‑MBGNs，反应得到GelMA‑MBGNs；（3）可光交联纳米介孔生物活性玻璃和改性明胶共交联GelMA‑G‑MBGNs水凝胶的制备将步骤（2）制备的GelMA‑MBGNs加至光引发剂2959溶液中超声分散后，加入GelMA溶液，水浴搅拌至完全溶解后置于紫外灯下反应，得到GelMA‑G‑MBGNs水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA-MBGNs的制备将纳米介孔生物活性玻璃MBGNs加入到正己烷中，超声分散均匀后，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES进行改性，改性后得到APTES-MBGNs，将碳二亚胺EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS加入GelMA溶液中搅拌溶解后加入APTES-MBGNs，反应得到GelMA-MBGNs；（3）可光交联纳米介孔生物活性玻璃和改性明胶共交联GelMA-G-MBGNs水凝胶的制备将步骤（2）制备的GelMA-MBGNs加至光引发剂2959溶液中超声分散后，加入GelMA溶液，水浴搅拌至完全溶解后置于紫外灯下反应，得到GelMA-G-MBGNs水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸改性明胶的制备方法为：称取Gel加入PBS溶液中，于50℃温浴下搅拌1h至完全溶解，制备15%（w/v）Gel溶液；将MA以0.5ml/min的速度逐步滴入15%（w/v）Gel溶液，至体积比为1：400，溶液搅拌1h，得到GelMA溶液；将Gel...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，顾勇，辛天闻，崔文国，程若昱，孙智勇，
申请(专利权)人：苏州大学附属第一医院，
类型：发明
国别省市：江苏,32