[發明專利]一種仿生軟骨摻雜有序磁性納米短纖維拼接雙層水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 201910078818.8
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109836595A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 李昆;李萍;張英楠;王靖熙;樊瑜波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/28;C08J3/24;A61L27/52;A61L27/50;A61L27/40;A61L27/02;A61L27/18;A61L27/16;A61L27/20;C08L67/04;C08L33/26;C08L5/04
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本發明公開了一種仿生軟骨摻雜有序磁性納米短纖維拼接雙層水凝膠的制備方法。本發明利用靜電紡絲技術制備含有磁性粒子的納米纖維，利用高速剪切式勻漿機將納米纖維切斷獲得短纖維；將短纖維與凝膠前驅液、交聯劑混合，外磁場作用下，磁性短纖維有序排列；利用紫外光照使凝膠前驅液交聯，得到摻雜有序磁性短纖維的水凝膠；取兩塊水凝膠按短纖維方向相互垂直的方式拼接，依靠兩塊水凝膠內磁性納米粒子相互吸引獲得拼接水凝膠；將拼接水凝膠浸在海藻酸鈉溶液中，加氯化鈣溶液使海藻酸鈉溶液凝膠化，獲得拼接雙層水凝膠。本發明所述的拼接雙層水凝膠具有與軟骨組織相似的結構、良好的力學性能和磁性能，可促進細胞定向增殖和分化，用于軟骨組織修復。

技術領域

本發明涉及生物醫學工程領域，更確切地說，涉及一種仿生軟骨摻雜有序磁性納米纖維拼接雙層水凝膠的制備方法。

背景技術

軟骨具有優異的耐壓縮、抗疲勞以及潤滑性能，這與它特殊的結構特性密不可分。軟骨由多糖基質、垂直取向排列的多層膠原纖維構成，各向異性的復合結構賦予其優異的性能。但是軟骨內無血管，無法再生。目前臨床治療軟骨缺損主要依賴于自體或異體移植，面臨供源較少、易誘發免疫反應等問題。基于軟骨的特殊結構及性能，可以制備與其結構相似的仿生水凝膠，得到具有優良耐壓縮、抗疲勞性能的軟骨修復或替代組織。仿生多層水凝膠對軟骨組織的修復及再生具有十分重要的意義。

水凝膠作為一種含水量極高的高分子交聯網絡，能夠較好地模擬天然軟骨組織的結構，促進細胞良好生長。進一步地將纖維與水凝膠復合不僅可以從結構上模擬軟骨組織，且相較于普通水凝膠來講，復合纖維后水凝膠的力學性能得到極大提高。

Guilak等通過負壓將海藻酸鈉水凝膠引入到編織的纖維網絡中，將纖維支架與水凝膠復合，顯著提高了水凝膠的力學性能，在拉伸模量方面更是超過了人正常軟骨組織。

Onur Bas等采用熔融靜電紡絲技術制備聚己內酯纖維網絡，以星形聚乙二醇/肝素/絲素復合作為軟基質，制備的纖維凝膠復合材料能夠模擬天然軟骨的力學性能。

Animesh等利用三維快速成型技術將聚氨酯纖維浸入環氧樹脂基凝膠中，得到纖維增強的凝膠，極大程度地提高了復合材料的強度和模量，降低了溶脹度。

Jun Liu等提出一種簡單有效的方法，通過使用靜電紡絲和超聲處理技術來制備磁性納米短纖維，具有良好的磁響應。磁性納米短纖維在與細胞共培養時，在外界磁場作用下，可以對細胞施加力學刺激，從而可用于研究細胞的行為。

Laura De Laporte等利用外界磁場(100-300mT)誘導聚乳酸羥基乙酸共聚物磁性短纖維在可注射凝膠中排列，與細胞培養后發現該各向異性凝膠可以有效促進神經細胞取向以及增強鈣信號。

已有研究表明通過電磁場刺激軟骨細胞增殖、糖蛋白合成可以減輕骨關節炎患者的疼痛，促進軟骨缺陷愈合。Fereidoon M.Jaberi等將圓柱形永磁體植入到兔股骨內側髁關節承重面缺損處的內側皮下，通過實驗證實永磁體對骨和軟骨有促進愈合作用。

Harsh D.Amin等通過研究中等強度靜態磁場對體外人骨髓間充質干細胞向軟骨形成分化的影響，發現磁場影響TGF-b信號通路進而誘導骨髓間充質干細胞分化，這一發現對于軟骨組織修復工程具有重要的應用意義。

Wendelin J.Stark等也報道了通過外界磁場誘導磁性凝膠變形產生力學刺激，促進人體骨髓間充質干細胞朝軟骨方向分化的研究成果。