[发明专利]一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置

说明书

本发明公开了一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置；包括多个微量注射泵，和一个合液管；在每个微量注射泵上装有一个用于盛装水凝胶溶液的注射器；各注射器上分别安装有恒温加热部件；各注射器用于盛装相同或者不同组分的水凝胶溶液；将每个注射器的出液管道汇集至合液管，以形成一个出液总口；合液管的本体，通过夹持部件与超声振动装置连接，为合液管提供机械振动，使不同组分的水凝胶在合液管内充分混合均匀后注入模具中。本装置可依据人体组织的梯度和其他复杂结构，通过预先设定微量注射泵的程序组态，制备梯度水凝胶实现梯度可调控，可适用于骨软骨一体化修复、微创修复中应用。

技术领域

本发明涉及生物医学材料的技术领域，尤其涉及一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置。

背景技术

关节软骨是一种无血管、无神经和淋巴的组织，因此，其在受到损伤时缺乏自我修复能力。

传统治疗手段有关节镜下清创术、微骨折术、移植术、人工关节置换术、针灸等。传统的治疗方法通常有不错的治疗效果，但通常会形成纤维软骨，而不是关节软骨本身的透明软骨，难以实现骨软骨一体化修复。而且传统的水凝胶修复材料缺乏可注射性和原位凝胶的能力，需要手术植入，给患者带来愈合缓慢的创伤和经济负担，且难以完全填充缺损部位。

温敏可注射水凝胶能实现微创治疗，操作简易，生物安全性和生物相容性良好，无需交联剂，不用光引发交联等触发点，响应温度变化就能转变为凝胶。骨软骨缺损一般是不规则的，这使得传统预制特定形态的支架的应用受限，而温敏可注射水凝胶注射到受损区，可在体温附近发生溶液-凝胶转变，匹配各种形状的缺损，修复骨软骨缺损。

骨软骨单元是一种多相梯度组织，包括软骨表层、钙化软骨层和软骨下骨层，不同层的化学组成，力学性能，结构以及养分和氧气的消耗量都大不相同，同一层之间也不完全相同。因此，从关节软骨表层到软骨下骨层的过渡需要平滑的梯度，这些梯度对于研究骨软骨的一体化修复是必不可少的。

现有的梯度材料制造方法主要分为四类：增材制造，成分再分配，受控相变和后改性处理。这几种方法各有优缺点。

在增材制造中，实用高效、对材料梯度结构的控制很好、快速、大多能形成连续梯度、多种梯度，但是需要较高的专业知识和操作技能和设备。

成分再分配方法快速简单，但是需要一定的几何或对流条件，大多仅限于单一梯度，有电、磁细胞毒性的风险。

受控相变方法快速简单，但是需要在严格的温度或光照下的热响应度或光响应度，紫外线或自由基对细胞有损伤的风险。

后改性涉及在预制材料上呈现梯度，通常是通过受控的组分扩散或光图案化来实现的，虽然这种方法能形成连续梯度，但是制造过程久、复杂，需要严格的条件，紫外线或自由基对细胞损伤的风险。

现阶段制造梯度材料大多采用增材制造的方法。

其中，3D打印可构造较精确的结构，但是成本高，需要专业设备及技能，且难以实现微创治疗；逐层迭代的过程较简单，但是产品易分层，结构不稳定，不能实现微创治疗，不适用于人体关节软骨到软骨下骨之间的平滑梯度。

因此，需要整合设计出一套装置使其高效、微创、易操作且具有良好的梯度可注射性，研究快速有效且无风险的温敏梯度可注射水凝胶制造方法，模拟人体关节的骨软骨的梯度形态、骨软骨交界处的“潮汐线”结构以及各层组织的生物功能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种温敏梯度可注射水凝胶的制备方法及其装置。利用本装置制备兼具温敏梯度可注射性的水凝胶溶液，模拟骨软骨的梯度结构、骨软骨交界处的“潮汐线”结构以及各层组织的生物功能，赋予材料对于关节软骨和软骨下骨一体化修复的潜力。

本装置使多种组分的水凝胶溶液在管道内充分混合均匀；根据实际需要，设置控制器的程序，调整各个通道的注射速度，实现变速注射和多通道同时梯度注射。