可降解生物杂化高强度水凝胶支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供可降解生物杂化高强度水凝胶支架及其制备方法和应用，水凝胶支架以负载锰离子或生物活性玻璃的甲基丙烯酰化明胶与N‑丙烯酰基甘氨酸单体前驱体水溶液作为生物墨水，通过“先3D打印成型，后自由基聚合”的方法构建而成，支架一体化成型，配方简单、成分安全、制备条件温和，解决了软骨与软骨下骨层界面结合的问题，水凝胶支架兼具“高强度”与“可降解”两种性能，不仅可以在植入缺损部位初期起到承载作用，而且可以随着植入时间的延长逐渐降解，为新生组织的长入提供了空间，具有骨软骨一体化修复效果。

【技术实现步骤摘要】
可降解生物杂化高强度水凝胶支架及其制备方法和应用
本专利技术涉及高强度水凝胶以及3D打印水凝胶
，更具体地说涉及一种可降解生物杂化高强度水凝胶支架及其制备方法和应用。
技术介绍
关节软骨损伤及其并发症(如软骨下骨退化以及骨关节炎等)是一类常见的临床难题，这些疾病会造成膝关节功能丧失，引起剧烈疼痛，甚至造成残疾，严重影响了人们的生活质量。遗憾的是，由于关节软骨部位缺乏血管和神经，一旦造成损伤，很难自发愈合，而目前的治疗方法(如微骨折技术、软骨成形技术、自体骨软骨移植技术、同种异体骨移植技术、自体软骨细胞移植技术等)又存在着诸如供体不足，形状匹配性差等问题。因此，人们开始寻求通过构建组织工程支架的方式，来实现骨软骨一体化修复。支架材料作为组织工程的三要素之一，在促进组织再生方面具有重要作用，因此，寻找一种兼具良好生物相容性、与组织匹配的力学性能、适当的降解速率以及优良组织修复能力的支架材料一直是组织工程领域的研究热点。在众多材料中，水凝胶具有与组织相似的含水量和微观结构，良好的生物相容性以及性能可调节等优势，是理想的组织工程支架材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可降解生物杂化高强度水凝胶支架，其特征在于：按照下述步骤进行：/n步骤1，将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)单体溶于去离子水中，向上述溶液中加入生物活性玻璃(BG)和引发剂，得到用于构建软骨下骨层的生物墨水，其中，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的质量分数为4-10wt％，N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)的质量分数为6-35wt％，生物活性玻璃(BG)浓度为甲基丙烯酰化明胶(GelMA)与N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)质量之和的1-5wt％；/n步骤2，将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)单体溶于氯化锰(MnCl

【技术特征摘要】
1.可降解生物杂化高强度水凝胶支架，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)单体溶于去离子水中，向上述溶液中加入生物活性玻璃(BG)和引发剂，得到用于构建软骨下骨层的生物墨水，其中，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的质量分数为4-10wt％，N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)的质量分数为6-35wt％，生物活性玻璃(BG)浓度为甲基丙烯酰化明胶(GelMA)与N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)质量之和的1-5wt％；
步骤2，将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)单体溶于氯化锰(MnCl2)水溶液中，向上述水溶液中加入引发剂，得到用于构建软骨层的生物墨水，其中，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的质量分数为4-10wt％，N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)的质量分数为6-35wt％，氯化锰(MnCl2)的浓度为0.125-4ppm；
步骤3，设置打印参数，先打印软骨下骨层(下层)水凝胶支架(ACG-GelMA-BG)，打印层数为7-12层，每层高度为300-400μm，再打印软骨层(上层)水凝胶支架(ACG-GelMA-Mn2+)，打印层数为2-5层，每层高度为300-400μm；
步骤4，将步骤3制备得到的软骨下骨层水凝胶支架(ACG-GelMA-BG)和软骨层水凝胶支架(ACG-GelMA-Mn2+)置于反应装置中，引发自由基聚合反应后，得到可降解生物杂化高强度水凝胶支架。


2.根据权利要求1所述的可降解生物杂化高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤1和步骤2中，引发剂的用量1-3mg/mL，引发剂采用2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Irgacure1173)或者Irgacure2959，引发反应采用光引发，反应时间为20-60min。


3.根据权利要求1所述的可降解生物杂化高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤1和步骤2中，水凝胶支架中软骨下骨层的生物墨水和水凝胶支架中软骨层的生物墨水的保存条件均为：先利用0.20-0.25μm过滤器对上述生物墨水进行过滤，过滤后的生物墨水置于2-6℃下保持10-30min，使生物墨水的粘度增大，然后升温至15-25℃后进行储存。


4.根据权利要求1所述的可降解生物杂化高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤3中，打印参数为打印针头采用锥形打印针头，针头的内径为300-400μm，相邻两个线条中心线之间的间隔设置为0.9-1.4mm，打印速度为12-18mm/s，软骨层水凝胶支架(ACG-GelMA-Mn2+)的打印压力为40-50kPa，软骨下骨层水凝胶支架(ACG-GelMA-BG)的打印压力为50-60kPa，打印基板温度设置为-15-5℃。


5.可降解生物杂化高强度水凝胶支架的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和N-丙烯酰基甘氨酸(ACG)单体溶于去离子水中，向上述溶液中加入生物活性玻璃(BG)和引发剂，得到水凝胶支架中软骨下骨层的生物墨水，其中，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的质量分数为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文广，徐子扬，高飞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12