【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维环修复和再生领域，具体地说是嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架及其制备方法，通过调控支架内骨髓间充质干细胞（bmsc）向纤维环内层类软骨细胞和外层成纤维细胞定向分化以实现纤维环的生理修复，适用于组织修复和重建手术。
技术介绍
1、腰椎间盘突出压迫神经根可导致肢体麻木、疼痛、肌力减弱，甚至马尾综合征、不全瘫，不仅影响工作和生活质量，也影响社会和家庭。椎间盘突出髓核摘除手术是目前常见的一种根治手段，但即便是最微创的全内镜下髓核摘除术，术后仍存在约5~15%的椎间盘突出复发或腰椎失稳等问题，困扰着医患双方。
2、造成这些问题的主要原因是术中纤维环的损伤或原有破口愈合不良，即使术中可以进行纤维环缝合来封闭破口，但这种物理形式的封闭仍不足以复原纤维环的生理功能。纤维环损伤不仅会打破髓核免疫隔离效应，进而加重椎间盘炎性反应和退变，更是术后髓核再突出的主要原因【傅裕 等,中国矫形外科杂志,2023,31(20):1870-1874】。
3、因此，深入研究和探讨纤维环修复的方法对提高髓核摘除术疗效、避免突出复发、延缓髓核退变至关重要。目前，纤维环缺损修复的手段包括直接缝合修补技术和组织工程支架修复技术。前者可完成纤维环的物理封堵，预防髓核再突出，但不能恢复椎间盘纤维环的内部结构和力学特征，更不能促进椎间盘的再生，难以满足生物学修复的需要。组织工程技术近年来发展迅速，在多种组织的生物学修复中获得良好的效果，因此被引入纤维环修复领域，并取得一定进展。许多研究显示目前的生物材料可有效填塞纤维环缺损，然而
4、纤维环的立体结构复杂多变，整体为同轴排列的多层同心圆板层，同层纤维平行排列，而相邻板层的纤维互成一定角度相交织，板层及纤维间存在大量的细胞外基质。所以，纤维环复杂的多层结构特点导致其在退变和随伤后纤维环残端与填充的组织工程材料之间的粘合性较差。此外，不规则的残端形态进一步妨碍静电纺丝等硬组织工程支架与纤维环残端的界面贴合【tang g#, frontiers in bioengineering and biotechnology,2020, 8(1084).】。
5、作为近些年在椎间盘修复领域中新兴的生物材料，水凝胶具有三维交联网络结构、可调的理化性质和类胞外基质的特点，可用于细胞的粘附和增殖[5-6]。水凝胶的设计理念综合植入物的结构完整性、生物相容性、生物降解性、安全性、溶质传输、机械强度和粘度等方面的性能。通过选择不同的水凝胶在组分类型、交联方式、修饰方法，水凝胶在作为填充植入物方面表现出多种复合功能。然而许多水凝胶不符合关节软骨修复所需的机械性能，因此具有不同力学性能的多层水凝胶被提出作为关节软骨修复的候选生物材料，近年来对于双层水凝胶用作纤维环修复支架的研究日趋深入。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术的不足，提供嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架及其制备方法，丝纤维的加入能够提高水凝胶的机械强度，以解决水凝胶支架在进行纤维环修复时强度不足，因而导致的纤维环与水凝胶支架粘结不够紧密的问题；同时该水凝胶具有良好的生物降解性、干细胞包封性和促进干细胞向软骨细胞分化性能，有利于纤维环组织工程修复成功，降低腰间盘突出术后复发的概率。
2、为实现上述目的，设计嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架，从上至下分别包括hd-peg水凝胶层、ld-peg水凝胶层，ld-peg水凝胶层内嵌设3d丝纤维结构，hd-peg水凝胶层的材料选用8-臂聚乙二醇-降冰片烯，ld-peg水凝胶层为4-臂聚乙二醇-降冰片烯。
3、所述的3d丝纤维结构包括若干层丝纤维结构，每层丝纤维结构呈s形或网格状分布；3d丝纤维结构的材料选用天然蚕丝、聚乳酸pla、聚己内酯pcl中的一种或多种。
4、为实现上述目的，设计嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，包括如下步骤：
5、s1，分别制备hd-peg水凝胶、ld-peg水凝胶；
6、s2，制备3d丝纤维结构：s21，在pdms模具上按预定图案粘贴若干圆珠钢销，形成桩框架；s22，在各个桩周围移动丝纤维，形成一层丝纤维结构；s23，重复步骤s22，得到若干层丝纤维结构；s24，将若干层丝纤维结构垂直堆叠，形成3d丝纤维结构；
7、s3，对3d丝纤维结构进行处理：s31，将丝素溶液涂敷在3d丝纤维结构上，经真空处理使丝素溶液在3d丝纤维内部完全渗透；s32，将3d丝纤维结构浸入乙醇中，稳定丝素蛋白涂层的结构，干燥后取下，得到处理后的3d丝纤维结构；
8、s4，制备双层水凝胶支架：s41，将所述处理后的3d丝纤维结构浸入ld-peg前驱体溶液中，抽真空去除3d丝纤维结构中的气穴，在紫外线下照射，溶胀至平衡状态后切割，得到嵌入了3d 丝纤维结构的ld-peg水凝胶层；s42，将步骤s41得到的ld-peg水凝胶层置于两片玻璃片之间，将hd-peg水凝胶的前驱体溶液注射其中，用紫外线照射，光交联后从玻璃片上分离，在pbs中膨胀至平衡状态得到双层水凝胶支架。
9、所述的步骤s1的具体方法如下：s11，在真空中干燥聚乙二醇，将干燥的聚乙二醇溶于混合溶液在室温下搅拌，得到混合物；s12，在上述混合物滴加对硝基苯氯甲酸酯，在氮气气氛下激活并搅拌，在冷乙醚中沉淀并真空干燥，得到聚乙二醇-降冰片烯。
10、所述的步骤s1中，hd-peg水凝胶选用的聚乙二醇包括peg8oh，制备得到8-臂聚乙二醇-降冰片烯；ld-peg水凝胶选用的聚乙二醇包括peg4oh，制备得到4-臂聚乙二醇-降冰片烯。
11、所述的步骤s11中，所述混合溶液包括无水二氯甲烷、4-二甲氨基吡啶、三甲胺中的一种或几种，搅拌时间为10-20min，得到混合溶液。
12、所述的步骤s12中，所述的混合物滴加对硝基苯氯甲酸酯，在室温下持续搅拌20-28h，用冷乙醚沉淀法得到聚乙二醇-降冰片烯。
13、所述的步骤s41中，将处理后的3d丝纤维结构浸入ld-peg前驱体溶液中，在紫外线下照射时间为2-5min，溶胀时的温度为35-40℃，得到嵌入了3d 丝纤维结构的ld-peg水凝胶层。
14、所述的步骤s42中，将hd-peg水凝胶的前驱体溶液注射其中，用紫外线照射时间2-5min，溶胀温度为35-40℃，得到双层水凝胶支架。
15、为实现上述目的，设计如一种嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架在纤维环修复和再生领域的应用。
16、本专利技术同现有技术相比，得到的双层水凝胶支架兼具良好的粘附性、生物相容性和机械强度，同时通过负载不同的细胞因子，有利于骨髓间充质干细胞向纤维环内层类软骨细胞和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架，其特征在于：从上至下分别包括HD-PEG水凝胶层、LD-PEG水凝胶层，LD-PEG水凝胶层内嵌设3D丝纤维结构，HD-PEG水凝胶层的材料选用8-臂聚乙二醇-降冰片烯，LD-PEG水凝胶层为4-臂聚乙二醇-降冰片烯。
2.根据权利要求1所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架，其特征在于：所述的3D丝纤维结构包括若干层丝纤维结构，每层丝纤维结构呈S形或网格状分布；3D丝纤维结构的材料选用天然蚕丝、聚乳酸PLA、聚己内酯PCL中的一种或多种。
3.嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1的具体方法如下：S11，在真空中干燥聚乙二醇，将干燥的聚乙二醇溶于混合溶液在室温下搅拌，得到混合物；S12，在上述混合物滴加对硝基苯氯甲酸酯，在氮气气氛下激活并搅拌，在冷乙醚中沉淀并真空干燥，得到聚乙二醇-降冰片烯。
5.根据权利要求3或4所述的嵌入3D丝纤维
6.根据权利要求4所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤S11中，所述混合溶液包括无水二氯甲烷、4-二甲氨基吡啶、三甲胺中的一种或几种，搅拌时间为10-20min，得到混合溶液。
7.根据权利要求4所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤S12中，所述的混合物滴加对硝基苯氯甲酸酯，在室温下持续搅拌20-28h，用冷乙醚沉淀法得到聚乙二醇-降冰片烯。
8.根据权利要求3所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤S41中，将处理后的3D丝纤维结构浸入LD-PEG前驱体溶液中，在紫外线下照射时间为2-5min，溶胀时的温度为35-40℃，得到嵌入了3D 丝纤维结构的LD-PEG水凝胶层。
9.根据权利要求3所述的嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤S42中，将HD-PEG水凝胶的前驱体溶液注射其中，用紫外线照射时间2-5min，溶胀温度为35-40℃，得到双层水凝胶支架。
10.如权利要求1或3所述的一种嵌入3D丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架在纤维环修复和再生领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架，其特征在于：从上至下分别包括hd-peg水凝胶层、ld-peg水凝胶层，ld-peg水凝胶层内嵌设3d丝纤维结构，hd-peg水凝胶层的材料选用8-臂聚乙二醇-降冰片烯，ld-peg水凝胶层为4-臂聚乙二醇-降冰片烯。
2.根据权利要求1所述的嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架，其特征在于：所述的3d丝纤维结构包括若干层丝纤维结构，每层丝纤维结构呈s形或网格状分布；3d丝纤维结构的材料选用天然蚕丝、聚乳酸pla、聚己内酯pcl中的一种或多种。
3.嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1的具体方法如下：s11，在真空中干燥聚乙二醇，将干燥的聚乙二醇溶于混合溶液在室温下搅拌，得到混合物；s12，在上述混合物滴加对硝基苯氯甲酸酯，在氮气气氛下激活并搅拌，在冷乙醚中沉淀并真空干燥，得到聚乙二醇-降冰片烯。
5.根据权利要求3或4所述的嵌入3d丝纤维的纤维环修复双层水凝胶支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中，hd-peg水凝胶选用的聚乙二醇包括peg8oh，制备得到8-臂聚乙二醇-降冰片烯；ld-peg水凝胶选...
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