[发明专利]一种用于软骨修复的高强、超弹、导电水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体涉及一种用于软骨修复的高强、超弹、导电水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶因具有良好的生物相容性、生物降解性和易加工成型等特点而广泛应用于软骨组织修复；软骨是一种特化的致密结缔器官，细胞间质坚固而又弹性，故软骨组织对修复材料的力学性能要求较高；然而，传统水凝胶通常机械性能较差不能为软骨组织修复与再生提供足够的力学强度；因而构建具有优异力学性能的水凝胶以及称为水凝胶制备领域的热点，而现阶段制备的高强度水凝胶有双网络水凝胶、纳米复合水凝胶、滑动水凝胶等；但是传统水凝胶的力学性能差、弹性差，导电性能也不够；现有的研究报道光、电、磁等外界刺激能促进软骨细胞的粘附，增殖和分化且能诱导软骨组织再生；本发明通过在传统水凝胶内部构建一个能用于能量耗散的天然高分子基的柔性骨架，能显著提高水凝胶的机械性能；使水凝胶能为软骨组织的修复提供足够的力学强度和细胞外基质微环境；本发明通过在水凝胶预聚液中加入导电材料赋予了水凝胶良好的导电性能响应外界电信号协同促进软骨组织的修复与再生；并且本发明水凝胶具有良好的导电性可以用于感知和传导肌电信号反映软骨组织的修复情况。

发明内容

本发明提供一种具有良好导电性能，能感受和传导电信号的用于软骨修复的高强、超弹、导电水凝胶的制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种用于软骨修复的高强、超弹、导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将天然高分子材料和纳米填料均匀分散于酸性溶液中，得到天然高分子材料浓度为5～100mg/mL、纳米填料浓度为1～20mg/mL的混合液；

步骤2：向步骤1中形成混合液中加入交联剂，形成预聚液A；低温冻结成冰后冷冻干燥后形成天然高分子和纳米填料的复合支架；

步骤3：将导电材料均匀溶解/分散到多巴胺碱性溶液中形成多巴胺浓度为0.5～5mg/mL、导电材料浓度为1～26mg/mL的混合液；多巴胺氧化自聚合对导电材料进行聚合多巴胺修饰；

步骤4：向步骤3中形成的溶液中加入水凝胶单体，最终溶液中水凝胶单体的浓度为100～400mg/mL；加入引发剂、交联剂和助剂，形成水凝胶预聚液B；

步骤5：将步骤2形成的复合支架浸泡到步骤4形成的预聚液B中；复合支架充分吸附预聚液B，预聚液B在复合支架内聚合，形成目标产物。

进一步的，所述步骤1中天然高分子材料为多糖或蛋白。

进一步的，所述步骤2中交联剂的浓度为0.005%～0.1%v/v。

进一步的，所述步骤1中天然高分子材料为壳聚糖、甲壳素、季铵化壳聚糖、季磷化壳聚糖、明胶和纤维素中的一种。

进一步的，所述步骤1中纳米填料为黏土、石墨烯、聚多巴胺颗粒、四氧化三铁颗粒、金纳米棒、银纳米颗粒、羟基磷灰石和磷酸钙中的一种。

进一步的，所述步骤3中的导电材料为聚吡咯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、聚3,4-乙烯二氧噻吩中的一种。

进一步的，所述步骤4中的水凝胶单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、明胶、聚乙二醇双丙烯酸酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种。

进一步的，所述步骤2中的交联剂为戊二醛、聚戊二醛、氧化海藻酸钠、京尼平中的一种。

进一步的，所述步骤4中的引发剂为过硫酸铵。

进一步的，所述步骤4中的交联剂为BIS，所述步骤4中的助剂为TMEDA。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用天然高分子和纳米填料构建了具有良好吸附能力的支架，支架的加入有利于水凝胶耗散能量，显著提高水凝胶的力学强度；

（2）本发明制备的水凝胶既具有高强度又具有优异的弹性，接近软骨组织的力学强度，能为软骨组织修复和再生提供足够的力学强度；

（3）本发明制备的水凝胶具有良好的导电性能，能相应外界电刺激促进软骨细胞的增殖和分化，加速软骨缺陷的修复和再生；同时水凝胶能用于检测人体的肌电信号用于反馈和监测软骨组织的修复情况；

（4）本发明中的导电材料经过多巴胺功能化修饰，聚多巴胺因具有良好的分散性和超强的粘附能力，既能让导电材料更均匀的分散在水凝胶预聚液中而显著增强水凝胶的导电性；又能让水凝胶与天然高分子支架有更紧密的结合，从而水凝胶与天然高分子之间不易在外加作用下开裂。

附图说明

图1为实施例1中的步骤2形成的壳聚糖和黏土复合支架的SEM图。

图2为丙烯酰胺在壳聚糖和黏土复合支架内聚合后产物的SEM图。