[发明专利]一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤一、在重组装人胶原溶液中逐滴滴加甲基丙烯酸酐，再通过透析和冷冻干燥得到甲基丙烯酸酐修饰的重组装人胶原；步骤二、将二氧化硅纳米粒子分散到无水乙醇中，配制为二氧化硅分散液，将载玻片垂直插入到二氧化硅分散液中，在40‑60℃温度下，随着乙醇的挥发，二氧化硅纳米粒子在载玻片上沉积，得到光子晶体模板；步骤三、将RHCMA水凝液溶液灌注到步骤二获得的增强光子晶体模板上，并将掩膜板置于上方，紫外光照固化，然后将二氧化硅纳米粒子刻蚀掉，得到图案化的反蛋白石胶原水凝胶。本发明具有操作简易、方便可靠、可定制化等优点。

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种水凝胶，尤其涉及一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶及其制备方法。

背景技术

作为人体大部分组织或器官细胞外基质的主要成分，胶原因其优越的生物相容性及很低的免疫原性，成为制备组织工程支架最佳的天然材料。虽然胶原的生物相容性好，但是由于缺乏天然的交联剂，体外构建的胶原支架的力学性能较差，很难满足手术缝合的要求，因而会在很大程度上限制其在临床上的应用。而目前最常用的提高胶原力学特性的方法一是制备压缩胶原，二是将胶原与力学性能好的合成材料结合。但是由于原液浓度不可控，无法实现大规模的生产与应用。另外，很多研究将胶原与合成材料结合制备复合支架，这种方法可以很好的实现胶原力学特性的改善，并且可以促进细胞的粘附和增殖，但是加入的合成材料也会影响支架的生物相容性及降解性，在临床的应用中会受到一定的影响。

在体外构建组织工程支架，不仅涉及到材料的仿生，还要考虑结构的仿生。例如人体很多组织或器官细胞外基质是由定向的结构组成，比如角膜、肌腱、心肌等。定向的结构可以诱导细胞定向生长，从而保证组织相应的功能。因此，体外构建组织工程支架时，特定的结构仿生是非常重要的。

发明内容

为了解决胶原水凝胶力学性能差、特定结构难以制备的缺点，本发明提供了一种图案化的反蛋白石胶原水凝胶及其制备方法，可用于人体多种组织或器官的构建。

为实现上述目的，本发明提供一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：

步骤一、在重组装人胶原(RHC)溶液中逐滴滴加甲基丙烯酸酐(MA)，利用MA的水解作用，在常温下使MA水解产生的羧基与RHC上的氨基结合，从而将MA修饰到RHC大分子链上，然后利用NaHCO₃将溶液pH调节至中性，再通过3天左右的透析和2天左右的冷冻干燥得到甲基丙烯酸酐修饰的重组装人胶原(RHCMA)；

步骤二、将二氧化硅(SiO₂)纳米粒子分散到无水乙醇中，配制为二氧化硅分散液，并倒入玻璃瓶中，将载玻片垂直插入到二氧化硅分散液中，在40-60℃温度下，随着乙醇的挥发，二氧化硅纳米粒子以密堆积的方式在载玻片上沉积，得到光子晶体模板；将得到的光子晶体模板进行煅烧，得到增强光子晶体模板，煅烧增强了光子晶体模板的机械强度；

步骤三、将步骤一获得的甲基丙烯酸酐修饰的重组装人胶原与水混合，配制为RHCMA水凝液溶液，将RHCMA水凝液溶液灌注到步骤二获得的增强光子晶体模板上，并将掩膜板置于上方，紫外光照固化，然后通过浸泡在4wt％氢氟酸溶液中过夜的方法将二氧化硅纳米粒子刻蚀掉，得到图案化的反蛋白石胶原水凝胶。

水凝胶图案化的结构完全取决于掩膜板的结构。水凝胶反蛋白石纳米微孔的尺寸取决于二氧化硅纳米粒子的尺寸。

进一步，本发明提供一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中，所述甲基丙烯酸酐的滴加量的范围是0.1-0.6mL对应于1g的重组装人胶原。

进一步，本发明提供一种用于体外构建组织支架的图案化反蛋白石胶原水凝胶的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中，所述重组装人胶原溶液的浓度为10wt％。