[發(fā)明專利]一種組織粘合用的高拉伸、高粘性、自愈合雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910385501.9
• 申請(qǐng)日: 2019-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN110240712B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王華楠;陳楷文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08L71/02;A61L24/06;A61L24/00;A61K9/06;A61K47/10;A61K47/14;C12N5/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發(fā)明提出了一種新型粘合水凝膠材料的設(shè)計(jì)策略，并得到高拉伸、自修復(fù)和高粘合的生物相容性水凝膠材料。這類材料基于雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，由可聚合聚乙二醇基高分子構(gòu)成第一重共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，超高分子量的親水性高分子通過(guò)纏結(jié)而形成第二重非共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。第一重網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格尺寸需大于構(gòu)成第二重網(wǎng)絡(luò)高分子的分子有效尺寸，且構(gòu)成第二重網(wǎng)絡(luò)的高分子的分子量應(yīng)大于其臨界纏結(jié)分子量，使其形成有效的分子纏結(jié)，賦予雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠高拉伸性、自修復(fù)特性和高粘合性。這種新型粘合水凝膠能夠快速、反復(fù)與各種材料表面形成穩(wěn)定粘合，受外力破壞后可快速、反復(fù)的自修復(fù)。該材料可作為細(xì)胞培養(yǎng)載體，免縫合的新型敷料，可穿戴傳感器應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種組織粘合用的高拉伸、高粘性、自愈合雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

水凝膠是一種交聯(lián)的親水性聚合物，它由多孔的凝膠網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，富含水、允許氧氣和營(yíng)養(yǎng)代謝物質(zhì)交換、且具有和人體ECM相似的粘彈性特點(diǎn)，因此被廣泛用作研究三維細(xì)胞微環(huán)境和細(xì)胞相互作用的平臺(tái)，或構(gòu)建工程化組織的基材。然而，傳統(tǒng)水凝膠大都由永久共價(jià)鍵或長(zhǎng)期穩(wěn)定的強(qiáng)物理鍵構(gòu)成，力學(xué)特征以彈性為主，在組織工程應(yīng)用中仍存在許多問(wèn)題：1)共價(jià)鍵或長(zhǎng)期穩(wěn)定的強(qiáng)物理鍵交聯(lián)的凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙尺度小，這使得凝膠內(nèi)部細(xì)胞傳質(zhì)效率低下而趨于凋亡；2)化學(xué)交聯(lián)水凝膠網(wǎng)絡(luò)區(qū)域剛性，因此當(dāng)作為三維細(xì)胞外基質(zhì)用于細(xì)胞三維培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞往往被束縛其中，無(wú)法對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行重建；3)傳統(tǒng)水凝膠因表面親水性而導(dǎo)致不會(huì)對(duì)相接觸的組織/基質(zhì)表面形成粘合性，故通常被用于避免大分子的非特異性吸附，用于避免物質(zhì)在其表面的黏附；4)傳統(tǒng)單一網(wǎng)絡(luò)水凝膠往往力學(xué)性能較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性等更高力學(xué)性能的需求。

另一方面，實(shí)現(xiàn)在有潤(rùn)濕表面的粘合在許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有重要意義，如組織再生、傷口敷料、可穿戴/植入式裝置和藥物輸送等。但同時(shí)濕態(tài)粘合也非常具有挑戰(zhàn)性。然而，在大自然中許多無(wú)脊椎動(dòng)物，如蝸牛和鼻涕蟲，通過(guò)分泌極具粘性和彈性的粘液(mucus)，來(lái)實(shí)現(xiàn)在不同特性的表面的粘合。從材料學(xué)角度分析，這類粘液通常是由含有大量水的高分子網(wǎng)絡(luò)形成。這些天然的衍生物網(wǎng)絡(luò)同時(shí)能夠承受大變形和高剪切應(yīng)力，從而使動(dòng)物體能緊密粘附到不同的基底。(J.Pawlicki,L.Pease,C.Pierce,T.Startz,Y.Zhang,A.Smith,Journal of Experimental Biology 2004,207,1127.)。我們分析這類粘液之所以具有特殊的機(jī)械性能主要是以為其自身成分和結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)：粘液是由可逆交聯(lián)的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和高分子量、分子糾纏的聚多糖高分子鏈組成的雙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，網(wǎng)絡(luò)中的可逆鍵使其能夠通過(guò)能量耗散的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)表面的強(qiáng)烈粘附和高變形性。這種天然粘合材料為設(shè)計(jì)具有更優(yōu)性能和功能的新材料提供了重要靈感。