一种双网络水凝胶组合物、双网络水凝胶生物支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种双网络水凝胶组合物、双网络水凝胶生物支架及其制备方法和应用。所述双网络水凝胶组合物包括醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖，乙烯基明胶和光交联引发剂，其中，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为1:1~5:1，乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为1:2~5:1。组合物中的醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖反应得到第一网络，乙烯基明胶光引发自由基聚合制备第二网络结构，形成的双网络水凝胶生物支架具备良好的结构稳定性、细胞相容性、生物安全性和优异的结构保真度，通过控制各组分的比例可调节水凝胶生物支架的压缩模量，使其达到压缩模量10~100KPa，适用于各类组织体的打印，且打印细胞活性在80%以上，进一步扩大了细胞生物支架材料的应用。

Double network hydrogel composition, double network hydrogel biological scaffold, preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种双网络水凝胶组合物、双网络水凝胶生物支架及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医用材料
，更具体地，涉及一种双网络水凝胶组合物、双网络水凝胶生物支架及其制备方法和应用。
技术介绍
现今，透明质酸、壳聚糖和明胶等材料作为可降解支架已在组织工程领域展开了广泛研究。透明质酸（HA）是一种天然可降解且降解产物可以被机体吸收的生物医学材料，在临床上用途也十分广泛。HA具有较强的黏弹性和润滑性，经过交联能够形成连续的大分子网状结构，不仅可以保持良好的生物相容性和天然的生物降解代谢方式，而且具有更好的机械强度和稳定性。高分子量的透明质酸能主动刺激内皮细胞的增生和转移，诱导体内血管生成，降解后的低分子量HA具有促血管生成作用。羧甲基壳聚糖也被称为水溶性甲壳素，具有优异的抗菌抗感染特性，因此可用于大面积烧伤烫伤，对于抗感染和促进伤口愈合效果很好，因此以壳聚糖作为细胞支架不仅具有优秀的生物相容性并能维持支架结构，维持细胞形态和表型，还能促进细胞黏附与增殖，诱导组织再生。但现有的单组分水凝胶生物墨水在体系培养过程中缺少功能性，比如材料的可打印性与打印结构的相似性之间的矛盾，生物支架机械强度与优异的生物活性和生物降解性之间的矛盾。现有技术中的双网络水凝胶生物支架多通过化学交联同时实现良好的功能性和生物相容性也是生物支架材料突破瓶颈的关键问题。因此通过多材料复合的生物墨水体系的建立，有望为对组织功能化培育的生物支架的发展提供帮助。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有水凝胶生物支架功能性和生物相容性的缺陷和不足，提供一种双网络水凝胶组合物，通过双网络水凝胶组合物组分之间的反应构筑具有结构稳定性、细胞相容性、生物安全性的第一网络，利用紫外光辐照自由基聚合形成第二网络结构，双网络结构有利于加强和维持结构长期稳定的性质，具有优异的结构保真度。本专利技术的另一目的在于提供一种双网络水凝胶生物支架。上述双网络水凝胶生物支架包括通过迈克尔加成反应形成的第一网络结构和通过紫外光引发自由基聚合反应形成的贯穿交错的第二网络结构。本专利技术的又一目的在于提供一种双网络水凝胶生物支架的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供一种上述双网络水凝胶组合物在3D打印水凝胶生物支架中的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种双网络水凝胶组合物，所述双网络水凝胶组合物包括醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶和光交联引发剂，其中，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为1:1~5:1，乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为1:2~5:1。本专利技术提供了一种包括醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶、光交联引发剂的双网络水凝胶组合物，通过控制体系中醛基化透明质酸与羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶组分的比例来调节水凝胶生物支架的压缩模量，使其达到压缩模量10~100KPa。通过醛基化透明质酸及羧甲基壳聚糖进行迈克尔加成反应来构筑具有结构稳定性、细胞相容性、生物安全性的第一网络；通过紫外光辐照引发乙烯基明胶聚合形成第二网络，使其具有维持结构长期稳定的性质，即优异的结构保真度。优选地，所述醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为2:1，所述乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为2:1。优选地，所述光交联引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。一种双网络水凝胶生物支架，所述双网络水凝胶生物支架由上述双网络水凝胶组合物制备得到，由醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖迈克尔加成反应形成第一网络结构，由乙烯基明胶光引发自由基聚合形成第二网络结构，所述第一网络与所述第二网络彼此独立又相互交错贯穿。双网络水凝胶生物支架包括第一网络结构和第二网络结构，所述第一网络结构为醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖迈克尔加成反应搭接贯穿形成的互穿网络结构，第二网络结构为在第一网络结合的网格中通过乙烯基明胶光引发自由基聚合相互搭接形成的贯穿第一网络结构之中的独立网络结构，通过第一网络结构和第二网络结构共同形成一个双网络互穿结构。在双网络的构筑过程中，第一网络混合后快速形成交联结构，因此可以具有短期稳定的形状保持，紫外光引发交联的第二网络乙烯基明胶具有保持结构长期稳定的性质，最终打印出来的支架的结构与设计结构具有高度的相似性。相对于现有双网络水凝胶支架的丙烯酰胺化学交联的第二网络，光引发自由基聚合乙烯基明胶制备的第二网络具有很好的细胞生物相容性，交联过程中无化学物质的引入，有利于细胞外基质结构的建立。一种双网络水凝胶生物支架的制备方法，包括如下步骤：S1配制醛基化透明质酸溶液；S2配制乙烯基明胶和羧甲基壳聚糖的混合溶液；S3在乙烯基明胶和羧甲基壳聚糖溶液的混合溶液中加入光交联引发剂，与醛基化透明质酸溶液充分混合，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖通过迈克尔加成构成第一网络结构；S4紫外光照射，均匀分布在第一网络结构中的乙烯基明胶通过光自由基聚合固化交联构成第二网络结构。制备方法中醛基化透明质酸溶液配制的溶剂可以为水也可以为带细胞的培养基溶液，即可以混入活细胞打印，通过选择不同种类的活细胞，可用于培养各类组织体，扩大细胞生物支架材料的应用。将醛基化透明质酸溶液、乙烯基明胶和羧甲基壳聚糖溶液的混合溶液进行充分的物理混合后混入光交联引发剂I2959，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖加成构成A-HA/CM-CTS第一网络，乙烯基明胶溶液充分混合在第一网络周围，通过紫外光照射形成乙烯基明胶的第二网络。通过将透明质酸HA进行醛基化修饰，获得的材料可以和壳聚糖CTS作为生物支架的第一网络结构，透明质酸材料对细胞的增殖过程具有明显的营养作用，且材料具有优异的水合性，利用营养物质在其内部的交换。壳聚糖具有抗菌性，不利于细菌的生长，增加了双网络水凝胶支架的生物安全性，因此基于迈克尔加成的两种材料结合是理想的细胞支架材料，有利于细胞外基质结构的建立。第二网络由乙烯基明胶E-Gel构筑，通过紫外光诱导聚合后构筑结构稳定的A-HA/CTS和E-Gel双网络水凝胶网络。优选地，S1中所述醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶的浓度均为50mg/ml~400mg/mL。优选地，S1中所述醛基化透明质酸的浓度为100mg/ml~400mg/mL。优选地，S1中所述醛基化透明质酸的浓度为200mg/ml~400mg/mL。优选地，S2中羧甲基壳聚糖的浓度为100mg/ml~400mg/mL。优选地，S2中乙烯基明胶的浓度为200mg/ml~400mg/mL。优选地，S2中乙烯基明胶的浓度为200mg/ml~250mg/mL。优选地，所述醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶的浓度均为200mg/mL。其中醛基化透明质酸的制备方法如下：S11.将透明质酸溶于水中，溶质浓度为0.1%~10%，优选1%；S12.称取高碘酸钠溶于去离子水中，高碘酸钠的溶液质量分数为1%~10%，优选5%，透明质酸与高碘酸钠的摩尔比为1:1~10:1，优选5:1；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双网络水凝胶组合物，其特征在于，所述双网络水凝胶组合物包括醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶和光交联引发剂，其中，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为1:1~5:1，乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为1:2~5:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种双网络水凝胶组合物，其特征在于，所述双网络水凝胶组合物包括醛基化透明质酸、羧甲基壳聚糖、乙烯基明胶和光交联引发剂，其中，醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为1:1~5:1，乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为1:2~5:1。


2.如权利要求1所述双网络水凝胶组合物，其特征在于，所述醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖的质量比为2:1，所述乙烯基明胶与羧甲基壳聚糖的质量比为2:1。


3.如权利要求1所述双网络水凝胶组合物，其特征在于，所述光交联引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。


4.一种双网络水凝胶生物支架，其特征在于，所述双网络水凝胶生物支架由权利要求1~3任一项所述双网络水凝胶组合物制备得到，由醛基化透明质酸和羧甲基壳聚糖迈克尔加成反应形成第一网络结构，由乙烯基明胶光引发自由基聚合形成第二网络结构，所述第一网络与所述第二网络彼此独立又相互交错贯穿。


5.一种权利要求4所述双网络水凝胶生物支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1配制醛基化透明质酸溶液；

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨之，马骋，邓坤学，袁玉宇，
申请(专利权)人：广州迈普再生医学科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44