[发明专利]一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶及其制备方法，属于生物医用材料领域。所述生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶由以下方法制得：将生物活性玻璃粉体加入至含有光引发剂的改性明胶溶液中，超声、搅拌分散均匀后倒入模具，在紫外光照射一定时间后得到生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶。该生物活性玻璃‑改性明胶复合水凝胶具有良好的生物活性、骨诱导性和高含水率（80%以上），可用于非承重骨缺损修复、药物缓释和骨组织工程等领域。

技术领域

本发明属于生物医用材料的制备领域，具体涉及一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

创伤、肿瘤切除、畸形矫正及感染等原因使骨丧失骨质后容易造成骨缺损。目前，治疗骨缺损最主要的方法是骨移植，包括自体骨和异体骨。自体骨移植无需考虑组织相容性及免疫排斥反应，但供骨来源有限；异体骨来源广泛，但存在免疫排斥和感染血源性病毒等风险。因此，需要研究和开发新型人工骨修复材料以满足临床需求。

骨组织的主要成分是胶原和羟基磷灰石。基于仿生角度，采用与天然骨成分相似的有机和无机物制备骨修复材料已成为目前的研究热点之一。生物活性玻璃作为典型的硅酸盐材料，具有良好的生物相容性、骨引导性和骨诱导性，在骨缺损修复具有广泛的应用。明胶是胶原部分水解得到的产物，生物相容性良好，同时链上带负电的羧基基团可作为成核位点，控制和诱导羟基磷灰石形成。生物活性玻璃/明胶复合材料在组成上与人骨组织类似，并具有良好的生物相容性和诱导成骨作用等生物学特性，在一定程度上满足骨修复材料的要求。

目前，制备生物活性玻璃/明胶复合材料的常用方法是将一定量的生物活性玻璃粉体加入至明胶溶液中，搅拌均匀后倒入模具中，冷冻干燥成型，随后用交联剂进行化学处理，再进行冷冻干燥，最后得到复合支架材料。然而，通过上述方法制备的复合骨修复材料存在以下问题：（1）制备工艺复杂，需经过成型、冷冻干燥和化学交联等多个步骤；（2）支架成型后需要通过化学交联提高稳定性，但交联剂（如戊二醛）容易残留在支架中，造成细胞毒性；（3）复合支架含水率较低，不利于营养物质和代谢产物的运输。

改性明胶是由明胶侧链的活性氨基与甲基丙烯酸酐反应所得，在紫外光引发下发生自由基聚合反应形成水凝胶，改善了明胶力学性能差和降解速率快等缺点。明胶水凝胶具有良好的生物相容性和优异的加工性，同时与细胞外基质具有类似的结构，可为细胞黏附、增殖和分化提供良好的微环境。有研究者通过在明胶水凝胶中添加无机纳米粒子（纳米金颗粒、二氧化硅和羟基磷灰石等），以提高复合水凝胶的生物活性和成骨作用。

本发明采用光聚合反应原理制备生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶支架材料。该复合水凝胶具有良好的生物相容性和骨诱导能力；生物活性玻璃均匀分散在三维网络结构中，与改性明胶紧密结合，硅、钙和磷等离子溶出产物可缓慢释放；高含水率可保证营养物质和代谢产物的正常运输；制备过程简单，无需使用化学交联剂，在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术和材料的不足，提供一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶及其制备方法，获得具有良好生物活性和骨诱导能力的复合水凝胶，可用于非承重部位骨缺损的治疗，实现骨组织的修复与再生。

本发明通过以下技术方案实现。

一种生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1）将改性明胶和光引发剂2-羟基-4’-（2-羟乙氧基）-2甲基苯丙酮（IRGACURE2959）充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中，得到改性明胶预聚物溶液；

2）在改性明胶预聚物溶液中加入生物活性玻璃粉体，超声分散和磁力搅拌，得到分散均匀的混合浆料；

3）将混合浆料倒入聚四氟乙烯模具中，在紫外光照射引发自由基聚合反应，将反应后的产物在磷酸盐缓冲溶液中溶胀以去除未反应的单体和光引发剂，得生物活性玻璃-改性明胶复合水凝胶。