[發明專利]多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111138327.1
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113831568B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 何靜;郭鯨;吳方;舒雪東;鄧歡;張鈞偉;王瑤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J3/24;C08J3/075;C08L33/26;C08L5/04;C08L89/00;A61L27/16;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/50;A61L27/52;A61L27/58
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發明公開了一種多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠及其制備方法和應用，制備方法包括以下步驟：(1)將海藻酸鈉和丙烯酰胺加入去離子水中，并加熱使海藻酸鈉完全溶解，得到溶液A；(2)將堿性磷酸酶水溶液和溶液A混合，攪拌后加入甲叉雙丙烯酰胺水溶液和加速劑，繼續攪拌，然后加入引發劑，繼續攪拌，最后經除氣處理后將其轉移至模具中，于封閉條件下烘干形成固態水凝膠；(3)將固態水凝膠浸泡于離子溶液中過夜，然后取出浸泡于甘油磷酸鈣礦化溶液中，于避光條件下進行礦化，制得多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠。本發明制得的水凝膠材料韌性好、力學強度優異，并且具有較好的成骨生物活性。

技術領域

本發明涉及醫學材料技術領域，具體涉及一種多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

在生物醫學材料-骨組織工程領域中，水凝膠因其良好的生物相容性、生物降解性、可調節的物理化學性質以及與細胞外基質相似的多孔結構得到了廣泛的研究。但是傳統多糖水凝膠和合成水凝膠的強度無法在新骨再生之前起到日常生活中緩沖應力的作用，用于骨組織工程的水凝膠應具有高彈性模量，足夠的韌性，在生理條件下具有出色的溶脹穩定性，以支撐骨骼承受的載荷，以及一定生物活性，以促進新骨的生長。

研究人員開發了不同的方法來提高水凝膠的強度，其中一個重要途徑就是在水凝膠網絡中引入無機相進行雜化：如在PEG-AMI中摻入線裝HA，提升幅度為17％；在殼聚糖-PVA雙網絡水凝膠中引入nHA，使力學性能提升了67％。然而，這些直接引入無機相顆粒的方法往往會導致顆粒聚集，因而容易造成力學性能的不均勻性。

除了直接引入外，最近骨組織工程的一個趨勢是開發具有礦化能力的復合水凝膠，常用方法有原位沉淀礦化、生物玻璃礦化和模擬體液仿生礦化、酶誘導礦化等。如通過原位沉淀礦化，使P-A-V復合材料的壓縮模量分別達到11.5MPa，提升率為105％；SA/F127Che-PEG通過生物玻璃礦化，使力學性能提升12.5％。這些礦化途徑在一定程度上改善了無機相分布易產生團聚的問題也進一步改善了其力學性能。然而，上述增強手段對水凝膠材料力學性能提升幅度依然有待進一步提高。

酶誘導礦化是通過將堿性磷酸酶(ALP)包埋在PHEA/TEG、PDMA/TEG和PAAm/MBAm水凝膠中，在礦化液中礦化后，使壓縮模量得到大幅度的提升。然而，這三種酶誘導礦化得到水凝膠的斷裂伸長率分別為1％、3％和17％，就臨床應用的標準而言，在韌性方面還存在著拉伸率較小的問題，限制了其在骨組織工程領域的應用。

為了提高水凝膠的韌性，有研究通過將一個剛性、交聯度較高PAMPS化學網絡和一個柔性的PAM中性網絡互穿構成雙網絡水凝膠。這種短鏈耗散能量、長鏈保持彈性的增韌設計思路被廣泛用于制備增韌水凝膠。在同樣的理論基礎上，將海藻酸鈉(SA)和聚丙烯酰胺(PAM)結合，分別使用離子交聯和共價交聯研制出一種具有優秀拉伸性能的超強韌性。然而，SA-PAM水凝膠擁有高達2000％的溶脹率，不足200KPa的壓縮楊氏模量，說明它有低穩定性和低強度的缺點。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠及其制備方法和應用，能夠在大幅度提升原始水凝膠的低壓縮強度和低溶脹穩定性的同時，解決現有礦化水凝膠脆性高，且缺乏成骨生物活性的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：提供一種多重交聯高強度酶誘導礦化水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將海藻酸鈉和丙烯酰胺加入去離子水中，并加熱使海藻酸鈉完全溶解，得到溶液A；

(2)將堿性磷酸酶水溶液和溶液A混合，攪拌10-60min后加入甲叉雙丙烯酰胺水溶液和加速劑，繼續攪拌0.5-2.5h，然后加入引發劑，繼續攪拌5-15min，停止攪拌，最后經除氣處理后將其轉移至模具中，于封閉條件下烘干形成固態水凝膠；