[發明專利]溶脹增強機械性能的軟骨仿生水凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110412805.7
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113105655A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李建樹;俞鵬;謝婧;潘哲宇;徐心源
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/38;C08F220/06;C08F222/38;C08F220/58;C08F220/04;A61L27/52;C08L33/14;C08L33/24
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 羅軍

本發明屬于高分子功能材料領域，具體涉及到一種溶脹增強機械性能的軟骨仿生水凝膠及其制備方法和應用，制得富含磺酸和羧酸基團的陰離子水凝膠，通過陰離子水凝膠的溶脹行為增強Fe³⁺對水凝膠的二次交聯。這種水凝膠的溶脹性能可以增加Fe³⁺在水凝膠中的滲透性，以及提供足夠的空間實現Fe³⁺與?COO^?之間的螯合作用。這種通過軟骨仿生設計的水凝膠，具有大孔?小孔交替結構，在Fe³⁺交聯后具有2.88MPa壓縮模量。同時，這種水凝膠具有消耗H₂O₂的能力，在這個過程中不僅不會產生·OH，還可以清除H₂O₂自身分解產生的自由基。這種通過溶脹增強力學性能的軟骨仿生水凝膠在軟骨組織工程中具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于高分子功能材料領域，涉及一種溶脹增強機械性能的軟骨仿生水凝膠及其制備方法和應用，可以用于軟骨替換，兼具高力學性能和抗炎性能，其生物應用場景廣闊。

背景技術

骨關節炎是目前威脅人類健康的集中常見疾病之一，其主要的臨床表現是軟骨受損^[1]。健康的關節軟骨主要由II型膠原、磷脂分子層、硫酸軟骨素和透明質酸等分子組成，共同為軟骨提供優異的潤滑性能和力學性能，但是，伴隨著骨關節炎或者其他機械性軟骨損傷的發生，軟骨基質會逐漸流失，進而導致軟骨的潤滑性能與力學性能減弱^[2]。另外，在骨關節炎發生的過程中，炎癥相關分子(例如H₂O₂以及活性氧)也會進一步使得軟骨失去正常的生理功能^[3,4]。因此，構建一種兼具力學性能與H₂O₂/ROS清除能力的關節軟骨替代材料對于軟骨修復以及骨關節炎治療具有重大科學意義。

目前常用的軟骨替代材料主要是水凝膠，但是，隨著溶脹行為的產生，大部分水凝膠的力學性能會逐漸減弱甚至喪失，因此并不能夠在力學支撐方面取得長久的效果。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種溶脹增強機械性能的軟骨仿生水凝膠及其制備方法和應用，在具備與軟骨表層相近的溝壑交替的形貌結構的基礎上，通過溶脹行為增強水凝膠物理交聯成都，賦予水凝膠優異的力學性能、H₂O₂/ROS清除能力以及潤滑性能，為軟骨替代水凝膠材料提供一種方案。

具體的技術方案為：

一種溶脹增強機械性能的軟骨仿生水凝膠的制備方法，制得富含磺酸和羧酸基團的陰離子水凝膠，通過陰離子水凝膠的溶脹行為增強Fe³⁺對水凝膠的二次交聯。

具體的包括以下步驟：將磺酸單體、羧酸單體、交聯劑與光引發劑溶解于超純水中，通過紫外光交聯得到水凝膠；在除去未反應單體后，與0.1M Fe³⁺溶液共培養得到溶脹增強力學性能的軟骨仿生水凝膠。

所述的磺酸單體為SPMK或AMPS；所述的羧酸單體為丙烯酸或1-丁烯酸；所述的交聯劑為N,N’-雙甲基丙烯酰胺；所述的光引發劑為I2959。

進一步的，按照以下物質的比例，具體包括以下步驟：

S1.制備PSPMK/PAA水凝膠

準確稱取3-磺酸丙基甲基丙烯酸鉀鹽即SPMK、丙烯酸即AAc、交聯劑N,N’-雙甲基丙烯酰胺即MBA和光引發劑于15mL無菌離心管中，加入超純水后超聲溶解，將最終液體體積控制在15mL；將制備的單體溶液加入到48孔板中，紫外光照交聯成膠；

S2.制備Fe-PSPMK/PAA水凝膠

將步驟1制備的水凝膠取出放在0.1M FeCl₃水溶液中，待Fe³⁺完全交聯后即可得到Fe-PSPMK/PAA水凝膠。