[发明专利]具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶的制备方法及其应用，制备方法包括如下步骤：1）将海藻酸钠氧化为氧化海藻酸钠；2）以0.137 mol/L的己二酸作为溶剂配制含量为0.01%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液缓慢滴加入聚丙烯酸溶液中，滴加完成后室温下反应1 h，待反应结束后先将溶液在‑80℃冷冻，然后解冻离心洗涤，最后冷冻干燥得到壳聚糖纤维；3）以生理盐水为溶剂配制氧化海藻酸钠溶液和含有壳聚糖纤维的羧甲基壳聚糖溶液，氧化海藻酸钠溶液和羧甲基壳聚糖溶液按体积比为1:2混合进行反应得到多级次纤维网水凝胶。纤维网水凝胶具有可修复性能，与天然细胞外基质结构相似，在三维细胞培养、软组织修复等组织工程领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

细胞外基质（ECM）作为生物软物质的典型代表广泛存在于各种细胞外空间中，甚至渗透到肌肉、肌腱和其他组织的小空间中。这种由纤维束（微米尺度）和凝胶状基质（纳米尺度）组成的纤维网构成的分层多孔介质，不仅使ECM可以将器官固定于上皮组织并附着在其他底层组织上，同时也能使分子信号进行更高效的长程传递。ECM的这种多级次结构直接影响其物理特性及对机械应力的响应，其纤维的含量，结构及排列在不同的器官组织和不同病生理状态中是不同的，并通过多级次状态的改变影响生命进程。例如ECM的纤维结构影响生长因子信号的传递。生长因子可以结合在ECM纤维的表面，使它们与细胞表面非常接近。ECM通过这种方式促进生长因子与细胞表面之间的相互作用。

传统的水凝胶在ECM模拟方面有许多局限性，首先它们的结构与天然组织的复杂结构相比过于单一，其次它们也缺少机械刺激来诱导细胞表型改变进而引导相应组织结构的形成。

发明内容

本发明的目的是制备一种具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶的制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1）以高碘酸钠为氧化剂将海藻酸钠氧化为氧化海藻酸钠；

2）以0.137 mol/L的己二酸作为溶剂配制含量为0.01%的壳聚糖溶液，以蒸馏水为溶剂配制体积分数的1%聚丙烯酸溶液，将壳聚糖溶液缓慢滴加入聚丙烯酸溶液中，滴加完成后室温下反应1 h，待反应结束后先将溶液在-80 ℃冷冻，然后解冻离心洗涤，最后冷冻干燥得到壳聚糖纤维；

3）以生理盐水为溶剂配制氧化海藻酸钠溶液和含有壳聚糖纤维的羧甲基壳聚糖溶液，氧化海藻酸钠溶液的浓度为100 mg/mL，羧甲基壳聚糖溶液的浓度为25 mg/mL，氧化海藻酸钠溶液和羧甲基壳聚糖溶液按体积比为1:2混合进行反应得到多级次纤维网水凝胶。

上述方法中，所述氧化海藻酸钠的氧化度为60%。

上述方法中，制备壳聚糖纤维过程中壳聚糖溶液与聚丙烯酸溶液的最终体积比为1:3。

上述方法中，所述羧甲基壳聚糖溶液中壳聚糖纤维浓度为1 mg/mL。

本发明还提供了一种具有自修复性能的仿生纤维网水凝胶，可以应用于细胞培养或软组织修复。

本发明的壳聚糖纤维（CMF）为棒状纤维，直径约为1-几十微米左右。

实施本发明，具有以下有益效果：

1、本发明根据席夫碱反应的原理将氧化海藻酸钠（OSA）和含有壳聚糖纤维（CMF）的羧甲基壳聚糖（CMCS）混合胶联后制备得到了与ECM结构具有高度相似性的纤维水凝胶（OSA-CMCS-CMF）。纤维网水凝胶具有可修复性能，与天然细胞外基质结构相似，在三维细胞培养、软组织修复等组织工程领域具有很好的应用前景。