[发明专利]一种两场耦合交联的、可注射、可塑形、可打印颗粒水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料科学领域、生物医用材料领域，具体是一种由非共价键和共价键双重交联的、可注射、可塑形、可打印颗粒水凝胶材料及其制备方法和应用。本发明由明胶颗粒或核壳结构的颗粒作为基本结构单元，通过颗粒间的可逆非共价交联和共价键交联形成连续、多孔的颗粒网络，明胶颗粒或核壳结构的颗粒在非共价键作用下可逆自组装形成连续多孔颗粒网络，实现可注射、可打印、可塑形、自修复性能；再进一步通过引发共价键交联形成高强度颗粒水凝胶。可作为药物缓释载体、组织工程支架、组织粘合止血材料用于生物医学领域。

技术领域

本发明属于材料科学领域、生物医用材料领域，具体是一种由非共价键和共价键两场耦合交联的、可注射、可塑形、可打印颗粒水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着中国经济飞速发展，人民对高水平医疗保障的诉求不断增加，加之日趋严峻的人口老龄化问题，使临床医学对人体组织和器官修复重建的需求不断增加。因此，近年来为实现人体组织的修复和重建，以组织工程为主要手段的再生医学(RegenerativeMedicine)得到迅猛发展，为临床上器官修复再生带来希望。组织工程技术以生物材料为支架，结合需修复器官的细胞或具有多分化功能的间充质干细胞(Mesenchymal stemcells)，加载可调控细胞行为的生物信号因子(如生长因子)，通过直接植入体内或体外工程化培养的方式实现组织重建。生物材料支架为细胞繁殖分化、组织重建提供空间和力学支撑，是实现组织修复和构建的基础。理想的支架材料需要具有类似细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的物理性质和化学组成，为细胞提供适合其生长和行使功能的微环境，为细胞提供包括力学强度、微观拓扑结构、与周围组织具有粘合性等物理性能，同时提供细胞粘附位点、化学组成、生长因子表达、生物降解性等化学信号，准确操控细胞聚集、繁殖、更新和分化等行为，并最终实现诱导组织再生。

水凝胶是作为仿生细胞微环境最广泛应用的基质生物材料，典型水凝胶由亲水性高分子组成，与天然ECM相似富含水，允许生物大分子通过多孔凝胶网络扩散传播，且水凝胶可通过交联度调控硬度，易于化学改性和修饰，因此在组织工程和药物控释领域也是最重要的生物材料之一。然而，传统水凝胶大都由永久共价键或长期稳定的强物理键构成，力学特征以弹性为主，且纳米孔隙的凝胶网络会抑制细胞的铺展、迁移和增殖，更难以被细胞改造重建，并非理想的仿生细胞微环境材料；且传统水凝胶材料的设计方式以“自上而下”(Top-down)的设计为主，即通过模具成型、减材制造等方式成型再进一步引发共价交联的方式构建得到支架材料，因此所得材料结构简单、组成单一、功能有限，远无法实现对具有复杂结构、多组分、多功能的人体器官的修复；同时传统的以水凝胶为组织工程支架的材料体系不具备可注射、可打印的性能，且不具备和周围组织形成良好粘附或整合的效果。