一种粘合剂型水凝胶及其制备方法和应用技术

一种粘合剂型水凝胶及其制备方法和应用，本发明专利技术属于水凝胶领域，它为了解决水凝胶在软骨组织工程应用过程中力学强度不够、易从组织流失的问题。本发明专利技术粘合剂型水凝胶是在杂化水凝胶的表面复合桥接聚合物，其中杂化水凝胶是在壳聚糖或壳聚糖的衍生物和聚乙二醇交联的水凝胶内杂化有无机纳米粒子，所述的桥接聚合物包括生物大分子材料和无机纳米粒子。制备方法：一、壳聚糖溶液和聚乙二醇溶液混合，得到水凝胶；二、将生物大分子材料溶液和无机纳米粒子混合，得到桥接聚合物；三、桥接聚合物粘压在水凝胶的表面。本发明专利技术所述的粘合剂型水凝胶用于制备软骨损伤修复中的支架材料，由于无机纳米粒子的加入，使其具有优异的力学性能和粘合强度。

【技术实现步骤摘要】
一种粘合剂型水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于水凝胶领域，特别涉及一种在湿表面具强粘性的水凝胶及其制备和应用。
技术介绍
目前，由于运动不当导致的软骨损伤越来越多。另外，过度行走以及长期负重也是骨关节软骨缺损的常见诱因。关节软骨一旦损伤，自身不能修复，而且预后不佳，没有特效的治疗方法。目前，软骨组织工程的研究为软骨损伤的治疗带来了极大的希望。组织工程的三大基本要素是支架材料、种子细胞以及生长因子。目前的支架材料易从组织部位流失，严重的限制了支架材料的临床应用。因此，开发一种具备强粘性的支架材料迫在眉睫。新近《Science》报道了一种新型的强粘合剂，该粘合剂具有桥接聚合物表面和可以耗散能量的水凝胶基质两层形成，前者用带氨基的桥接聚合物和偶联剂处理基质表面得到，并利用静电相互作用、共价键和物理相互渗透使其具有强粘附能力，后者通过滞后效应放大能量耗散(LiJ,CelizAD,YangJ,YangQ,WamalaI,WhyteW,SeoBR,VasilyevNV,VlassakJJ,SuoZ,MooneyDJ.Toughadhesivesfordiversewetsurfaces.Science.2017；357(6349):378.)。这两层协同作用使该粘合剂在湿润表面的粘附能达到1000Jm-2以上，明显高于现有的粘合剂，但其还存在力学强度不够、易从组织流失的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前软骨组织工程的支架材料水凝胶粘性和力学性能优化之间的矛盾，解决水凝胶在软骨组织工程应用过程中力学强度不够、易从组织流失的问题，而提供一种粘合剂型水凝胶及其制备方法和应用。本专利技术粘合剂型水凝胶是在杂化水凝胶的表面复合(引入)桥接聚合物，其中杂化水凝胶是在壳聚糖或壳聚糖的衍生物和聚乙二醇交联的水凝胶内杂化有无机纳米粒子而得到的；所述的聚乙二醇是端基为醛基的聚乙二醇；所述的桥接聚合物包括生物大分子材料和无机纳米粒子；其中生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原；所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银。本专利技术粘合剂型水凝胶的制备方法按下列步骤实现：一、将壳聚糖或壳聚糖的衍生物溶于去离子水中，得到壳聚糖溶液，将端基为醛基的聚乙二醇溶于去离子水中，再加入无机纳米粒子，得到聚乙二醇溶液，壳聚糖溶液和聚乙二醇溶液相混合，得到水凝胶；二、将生物大分子材料溶液和无机纳米粒子混合，充分搅拌后得到桥接聚合物；三、将桥接聚合物加入至水凝胶的表面，粘压后得到粘合剂型水凝胶；其中所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银；步骤二中所述的生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原。本专利技术将粘合剂型水凝胶作为支架材料在软骨损伤修复中的应用。与现有技术相比，本专利技术粘合剂型水凝胶及其制备方法包含以下优点和技术效果：1、本专利技术水凝胶具有强粘性，其粘性主要是由于桥接聚合物的作用；2、本专利技术的水凝胶具有优异的力学性能，其力学性能主要是由于无机纳米粒子的杂化作用；3、本专利技术的水凝胶分层设计，可同时提高水凝胶的力学性能和粘性；4、本专利技术的水凝胶具有多孔结构，可以作为药物载体；5、本专利技术的水凝胶生物相容性好，能够包覆种子细胞进行软骨缺损的修复；6、本专利技术桥接聚合物中的无机纳米粒子可以作为交联剂，交联聚合物，使得聚合物分子之间的作用力更为紧密，有效的提高粘性。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式粘合剂型水凝胶是在杂化水凝胶的表面复合(引入)桥接聚合物，其中杂化水凝胶是在壳聚糖或壳聚糖的衍生物和聚乙二醇交联的水凝胶内杂化有无机纳米粒子而得到的；所述的聚乙二醇是端基为醛基的聚乙二醇；所述的桥接聚合物包括生物大分子材料和无机纳米粒子；其中生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原；所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银。本实施方式端基为醛基的聚乙二醇可通过RAFT直接合成，也可通过聚乙二醇与含醛基的小分子化合物反应得到的。含醛基的小分子化合物包括对羧基苯甲醛等。本实施方式杂化水凝胶中加入无机纳米粒子，无机纳米粒子镶嵌于水凝胶的三维网络结构中，水凝胶的三维结构更加密实，提高水凝胶的力学性能。桥接聚合物中无机纳米粒子的作用原理：桥接聚合物中的无机纳米粒子可以作为交联剂，交联聚合物，使得聚合物分子之间的作用力更为紧密，有效的提高粘性。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的壳聚糖的衍生物为羧甲基壳聚糖或羟乙基壳聚糖。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的聚乙二醇的分子量为500～10kDa。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述无机纳米粒子的粒径为10～100纳米。具体实施方式五：本实施方式粘合剂型水凝胶的制备方法按下列步骤实施：一、将壳聚糖或壳聚糖的衍生物溶于去离子水中，得到壳聚糖溶液，将端基为醛基的聚乙二醇溶于去离子水中，再加入无机纳米粒子，得到聚乙二醇溶液，壳聚糖溶液和聚乙二醇溶液相混合，得到水凝胶；二、将生物大分子材料溶液和无机纳米粒子混合，充分搅拌后得到桥接聚合物；三、将桥接聚合物加入至水凝胶的表面，粘压后得到粘合剂型水凝胶；其中所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银；步骤二中所述的生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中聚乙二醇溶液的浓度为0.5wt％～5wt％。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤一中水凝胶中无机纳米粒子的浓度为5wt％～10wt％。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是步骤二中桥接聚合物中无机纳米粒子的浓度为5wt％～10wt％。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是步骤二中桥接聚合物中生物大分子材料的浓度为10～50mg/mL。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是步骤二中桥接聚合物中还含有N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和亚胺盐酸盐(EDC)。本实施方式中的N-羟基琥珀酰亚胺作为催化剂，亚胺盐酸盐作为脱水剂。具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是桥接聚合物中N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的(终)浓度为6～12mg/mL，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的(终)浓度为6～12mg/mL。具体实施方式十二：本实施方式将具体实施方式一中所述的粘合剂型水凝胶作为支架材料在软骨损伤修复中的应用。实施例一：本实施例粘合剂型水凝胶的制备方法按下列步骤实施：一、将羟乙基壳聚糖溶于去离子水中，得到羟乙基壳聚糖溶液(40mg/mL，20kDa)，将对羧基苯甲醛封端的聚乙二醇溶于去离子水中，再加入10wt％的纳米二氧化硅粒子(9nm)，混合3min得到聚乙二醇溶液(60mg/mL，5kDa)，壳聚糖溶液和聚乙二醇溶液相混合，得到水凝胶；二、向羟乙基壳聚糖(40mg/mL，20kDa)溶液中加入10wt％的纳米二氧化硅粒子(9nm)，混合后，充分搅拌12h，得到桥接聚合物；三、将桥接聚合物加入至水凝胶的表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.粘合剂型水凝胶，其特征在于该粘合剂型水凝胶是在杂化水凝胶的表面复合桥接聚合物；其中杂化水凝胶是在壳聚糖或壳聚糖的衍生物和聚乙二醇交联的水凝胶内杂化有无机纳米粒子而得到的；所述的聚乙二醇是端基为醛基的聚乙二醇；所述的桥接聚合物包括生物大分子材料和无机纳米粒子；其中生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原；所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银。

【技术特征摘要】
1.粘合剂型水凝胶，其特征在于该粘合剂型水凝胶是在杂化水凝胶的表面复合桥接聚合物；其中杂化水凝胶是在壳聚糖或壳聚糖的衍生物和聚乙二醇交联的水凝胶内杂化有无机纳米粒子而得到的；所述的聚乙二醇是端基为醛基的聚乙二醇；所述的桥接聚合物包括生物大分子材料和无机纳米粒子；其中生物大分子材料为壳聚糖、壳聚糖的衍生物、明胶或胶原；所述的无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、氧化铝纳米粒子或纳米银。2.根据权利要求1所述的粘合剂型水凝胶，其特征在于所述的壳聚糖的衍生物为羧甲基壳聚糖或羟乙基壳聚糖。3.根据权利要求1所述的粘合剂型水凝胶，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量为500～10kDa。4.根据权利要求1所述的粘合剂型水凝胶，其特征在于所述无机纳米粒子的粒径为10～100纳米。5.粘合剂型水凝胶的制备方法，其特征在于该制备方法是按下列步骤实现：一、将壳聚糖或壳聚糖的衍生物溶于去离子水中，得到壳聚糖溶液，将端基为醛基的聚乙二醇溶于去离子水中，再加入无机纳米粒子，得到聚乙二醇溶液，壳聚糖溶液和聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞燕，熊建义，梁仟，朱天飞，
申请(专利权)人：朱飞燕，
类型：发明
国别省市：广东,44