一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置；包括多个微量注射泵，和一个合液管；在每个微量注射泵上装有一个用于盛装水凝胶溶液的注射器；各注射器上分别安装有恒温加热部件；各注射器用于盛装相同或者不同组分的水凝胶溶液；将每个注射器的出液管道汇集至合液管，以形成一个出液总口；合液管的本体，通过夹持部件与超声振动装置连接，为合液管提供机械振动，使不同组分的水凝胶在合液管内充分混合均匀后注入模具中。本装置可依据人体组织的梯度和其他复杂结构，通过预先设定微量注射泵的程序组态，制备梯度水凝胶实现梯度可调控，可适用于骨软骨一体化修复、微创修复中应用。复中应用。复中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置


[0001]本专利技术涉及生物医学材料的
，尤其涉及一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置。

技术介绍

[0002]关节软骨是一种无血管、无神经和淋巴的组织，因此，其在受到损伤时缺乏自我修复能力。
[0003]传统治疗手段有关节镜下清创术、微骨折术、移植术、人工关节置换术、针灸等。传统的治疗方法通常有不错的治疗效果，但通常会形成纤维软骨，而不是关节软骨本身的透明软骨，难以实现骨软骨一体化修复。而且传统的水凝胶修复材料缺乏可注射性和原位凝胶的能力，需要手术植入，给患者带来愈合缓慢的创伤和经济负担，且难以完全填充缺损部位。
[0004]温敏可注射水凝胶能实现微创治疗，操作简易，生物安全性和生物相容性良好，无需交联剂，不用光引发交联等触发点，响应温度变化就能转变为凝胶。骨软骨缺损一般是不规则的，这使得传统预制特定形态的支架的应用受限，而温敏可注射水凝胶注射到受损区，可在体温附近发生溶液
‑
凝胶转变，匹配各种形状的缺损，修复骨软骨缺损。
[0005]骨软骨单元是一种多相梯度组织，包括软骨表层、钙化软骨层和软骨下骨层，不同层的化学组成，力学性能，结构以及养分和氧气的消耗量都大不相同，同一层之间也不完全相同。因此，从关节软骨表层到软骨下骨层的过渡需要平滑的梯度，这些梯度对于研究骨软骨的一体化修复是必不可少的。
[0006]现有的梯度材料制造方法主要分为四类：增材制造，成分再分配，受控相变和后改性处理。这几种方法各有优缺点。r/>[0007]在增材制造中，实用高效、对材料梯度结构的控制很好、快速、大多能形成连续梯度、多种梯度，但是需要较高的专业知识和操作技能和设备。
[0008]成分再分配方法快速简单，但是需要一定的几何或对流条件，大多仅限于单一梯度，有电、磁细胞毒性的风险。
[0009]受控相变方法快速简单，但是需要在严格的温度或光照下的热响应度或光响应度，紫外线或自由基对细胞有损伤的风险。
[0010]后改性涉及在预制材料上呈现梯度，通常是通过受控的组分扩散或光图案化来实现的，虽然这种方法能形成连续梯度，但是制造过程久、复杂，需要严格的条件，紫外线或自由基对细胞损伤的风险。
[0011]现阶段制造梯度材料大多采用增材制造的方法。
[0012]其中，3D打印可构造较精确的结构，但是成本高，需要专业设备及技能，且难以实现微创治疗；逐层迭代的过程较简单，但是产品易分层，结构不稳定，不能实现微创治疗，不适用于人体关节软骨到软骨下骨之间的平滑梯度。
[0013]因此，需要整合设计出一套装置使其高效、微创、易操作且具有良好的梯度可注射
性，研究快速有效且无风险的温敏梯度可注射水凝胶制造方法，模拟人体关节的骨软骨的梯度形态、骨软骨交界处的“潮汐线”结构以及各层组织的生物功能。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置。利用本装置制备兼具温敏梯度可注射性的水凝胶溶液，模拟骨软骨的梯度结构、骨软骨交界处的“潮汐线”结构以及各层组织的生物功能，赋予材料对于关节软骨和软骨下骨一体化修复的潜力。
[0015]本装置使多种组分的水凝胶溶液在管道内充分混合均匀；根据实际需要，设置控制器的程序，调整各个通道的注射速度，实现变速注射和多通道同时梯度注射。
[0016]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0017]一种梯度混合注射装置，包括
[0018]多个微量注射泵1，和一个合液管2；
[0019]在每个微量注射泵1上装有一个用于盛装水凝胶溶液的注射器3；各注射器3上分别安装有恒温加热部件；各注射器3用于盛装相同或者不同组分的水凝胶溶液；
[0020]将每个注射器3的出液管道汇集至合液管2，以形成一个出液总口；
[0021]所述合液管2的本体，通过夹持部件与超声振动装置连接，为合液管2提供机械振动，使不同组分的水凝胶在合液管2内充分混合均匀后注入模具4中。
[0022]所述每个注射器3的出液管道与合液管2之间的管路，均设有一个阀门，用于单独控制该注射器3出液管道的出液流量。
[0023]所述恒温加热部件，包括硅橡胶加热部件和与之连接的恒温器；所述硅橡胶加热部件包覆在注射器3本体外部。
[0024]所述注射器3出液管道和合液管2的长度为3
‑
10cm，内径为0.4
‑
3.2mm。
[0025]所述超声振动装置的超声波频率为10
‑
80KHz。
[0026]一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0027]步骤一，温敏高分子溶液的制备：
[0028]将温敏高分子溶于去离子水或特定溶剂中，先快速震荡，置于烧瓶中控温在其溶胶状态下搅拌至混合均匀，形成温敏高分子溶液，持续控温搅拌待用；
[0029]步骤二，无机材料/温敏高分子溶液制备：
[0030]将步骤一所得温敏高分子溶液，溶于去离子水或特定溶剂中，先快速震荡，置于烧瓶中控温在其溶胶状态下搅拌至混合均匀后，再加入无机粉体，恒温搅拌0.5h以上，形成混合均匀的无机材料/温敏高分子混合溶液，持续控温搅拌待用；
[0031]步骤三，预先设定梯度混合注射装置的微量注射泵1的梯度注射程序，将步骤三合成的无机材料/温敏高分子混合溶液，分别放入梯度混合注射装置的注射器3内，控制恒温加热部件的温度，各注射器3出液管道的溶液汇集至合液管2，在超声振动5的作用下进行均匀混合，最后由合液管2流出，被注射入模具4中成型。
[0032]步骤一中，温敏高分子为：结冷胶、泊洛沙姆、羟丙基甲基纤维素、聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)和/或β
‑
甘油磷酸钠/壳聚糖。
[0033]步骤二中，无机材料为：生物活性玻璃、β
‑
磷酸三钙和/或羟基磷灰石。
[0034]步骤三中，梯度注射程序包括，各注射器3的注射速度、连续或者停顿时间的设定。
[0035]所述模具4，恒温在35至37℃。
[0036]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0037]本专利技术包括了多个微量注射泵1，和一个合液管2；在每个微量注射泵1上装有一个用于盛装水凝胶的注射器3；各注射器3上分别安装有恒温加热部件；各注射器3用于盛装相同或者不同组分的水凝胶；将每个注射器3的出液管道汇集至合液管2，以形成一个出液总口；所述合液管2的本体，通过夹持部件与超声振动装置连接，为合液管2提供机械振动，使不同组分的水凝胶在合液管2内充分混合均匀后注入模具4中。本装置可依据人体组织的梯度和其他复杂结构，通过预先设定微量注射泵1的程序组态，制备梯度水凝胶，实现梯度可调控，可适用于骨软骨一体化修复、微创修复中应用。
[0038]本装置简单、高效、易操作、多功能、可视实际情况改装、可同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度混合注射装置，其特征在于，包括：多个微量注射泵(1)，和一个合液管(2)；在每个微量注射泵(1)上装有一个用于盛装水凝胶溶液的注射器(3)；各注射器(3)上分别安装有恒温加热部件；各注射器(3)用于盛装相同或者不同组分的水凝胶溶液；将每个注射器(3)的出液管道汇集至合液管(2)，以形成一个出液总口；所述合液管(2)的本体，通过夹持部件与超声振动装置连接，为合液管(2)提供机械振动，使不同组分的水凝胶在合液管(2)内充分混合均匀后注入模具(4)中。2.根据权利要求1所述梯度混合注射装置，其特征在于：所述每个注射器(3)的出液管道与合液管(2)之间的管路，均设有一个阀门，用于单独控制该注射器(3)出液管道的出液流量。3.根据权利要求2所述梯度混合注射装置，其特征在于：所述恒温加热部件，包括硅橡胶加热部件和与之连接的恒温器；所述硅橡胶加热部件包覆在注射器(3)本体外部。4.根据权利要求3所述梯度混合注射装置，其特征在于：所述注射器(3)出液管道和合液管(2)的长度为3
‑
10cm，内径为0.4
‑
3.2mm。5.根据权利要求4所述梯度混合注射装置，其特征在于：所述超声振动装置的超声波频率为10
‑
80KHz。6.一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，温敏高分子溶液的制备：将温敏高分子溶于去离子水中，先快速震荡，置于烧瓶中控温在其溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卅，任力，闭港源，杨军忠，钟秀鹏，陈盛贵，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：