[发明专利]一种复合水凝胶软骨修复材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合水凝胶软骨修复材料及其制备方法，特别涉及制备具有降解速率可调控，且降解行为荧光可视化功能的软骨修复材料的方法。

背景技术

软骨是一种透明的软组织，在关节润滑、减震和承重中起重要作用。当人体内的软骨发生损伤时，由于缺乏血液供应，其再生能力很弱，要想治疗只有采取体外移植软骨替代材料进行修复。因此研发力学性能优良、在体降解程度可控及可视的软骨修复材料具有迫切的必要性。

聚合物水凝胶因具有良好的力学性能、生物兼容性等性质，引起了生物医学界的广泛关注。采用水凝胶制备生物体内软骨损伤修复材料具有诸多优势。聚乙烯醇(PVA)是一种无毒、无腐蚀性并且拥有良好的生物相容性的聚合物，其力学性能良好，且可生物降解，目前已被广泛应用于组织工程的支架材料、软骨组织替代、修复等领域(J. P. Gong, Advanced Materials, 2003, 15，1155-1158)。目前已有许多研究者在PVA中掺杂与成骨细胞具有高度亲和能力的纳米羟基磷灰石（HA），从而达到提高软骨修复材料的生物亲和性并改善其力学性能的目的。

碳点是一种具有良好的上转换荧光性能及生物兼容性的纳米材料(Y. Y. Zhang, M. Wu, Y. Q. Wang, Talanta, 2013, 117, 196-202)，其较高的荧光量子产率为它在生物医药领域的广泛应用奠定了基础。目前，碳点在与聚合物材料的结合方面取得许多进展(P. Zhang, W. C. Li, X. Y. Zhai, Chemical Communications, 2012, 48, 10431-10433；P. P. Li, Nanotechnology, 2014, 25, 055603-055609)。在临床医学应用中，外科医生发现，传统的软骨修复材料虽然力学性能良好，但是在实时、可视化跟踪研究方面并不方便。要想跟踪研究复合水凝胶软骨修复材料移植入体内后随着生理代谢及机体正常的生命活动，其转移、变形及老化情况、受力后的变形情况及在体内的降解程度等相对来说较为困难。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优良力学性能、荧光自示踪性能及降解速率可控功能的复合水凝胶软骨修复材料及其制备方法，拓宽了人工关节软骨的应用范畴。该制备方法过程简单，制备所得的复合水凝胶材料具有荧光示踪性能，降解可控性能及良好的力学性能。

本发明提供了一种复合水凝胶软骨修复材料，包括以下重量配比的原料：

碳点（CDs） 0-1.5%

纳米羟基磷灰石（HA）2%~6%

聚乙烯醇（PVA） 65%~85%

纤维蛋白凝胶7.5%~33%

本发明提供了一种上述复合水凝胶软骨修复材料的制备方法，首先采用碳点作为优良的荧光信号源，采用聚乙烯醇作为高分子网络结构，采用纳米羟基磷灰石作为共掺杂试剂，赋予了该水凝胶材料良好的骨组织亲和性，制备得到碳点/纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇（CDs/HA/PVA）复合水凝胶软骨修复材料，然后在其孔穴内进一步填充纤维蛋白凝胶。

上述复合水凝胶软骨修复材料的制备方法，具体包括以下步骤：

①碳点的合成：将反应容器用王水、乙醇、二次水依次洗涤后，先加入乳糖，再加入三羟甲基氨基甲烷，最后加入二次水，并搅拌均匀，在90℃-100℃下加热回流，反应进行20-30h后即得到黄色的CDs溶液，所得产物透析24-48h；

②CDs/HA/PVA复合水凝胶的合成：称取聚乙烯醇与纳米羟基磷灰石并溶于去离子水中，90-100℃下加热回流1-2h，然后将上述步骤①制备所得碳点溶液加入其中，于80-90℃下磁力搅拌1-4h，最后将该混合溶液冷却至室温并浇注于模具中，放入-15--20℃冰箱冷冻15-25h，然后取出并在室温下放置10-15h解冻，如此冷冻-解冻循环3-10次，即可制备得到CDs/HA/PVA复合水凝胶，随后采用冷冻干燥的方式将该水凝胶制成固体支架材料，冷冻干燥处理时间为36-48h；

③导入纤维蛋白原溶液：将纤维蛋白原溶液在负压的条件导入到CDs/HA/PVA多孔支架中，然后在负压的作用下把凝血酶的氯化钙溶液导入，用无菌纱布吸去支架表面液体，将该材料置于恒温培养箱中，充分孵育0.5-1h，待纤维蛋白原完全凝胶，最终得到孔穴内填充有纤维蛋白凝胶的CDs/HA/PVA复合水凝胶软骨修复材料。