[发明专利]一种纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶及其制备方法和应用，该制备方法利用双醛化海藻酸钠与明胶构成希夫碱水凝胶，使用高度纯化的生物相容性前体聚合物，不含任何毒性引发剂、紫外光或任何其他有毒单体，而且可以通过化学交联形成一层共价网络。其次，双醛化海藻酸钠与天然海藻酸盐相比，具有更快的降解速率和更多的活性基团。本发明采用天然高分子纳米纤维素作为增强剂，利用物理交联来构建互穿网络结构水凝胶，提高界面相互作用和抗裂性，提高材料的力学强度，使得力学性能能够满足组织工程支架对材料和结构的要求。

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

骨组织是一种天然纳米复合材料，具有有机蛋白质、无机矿物和多种细胞类型。近年来，患病或受损的骨组织对移植的骨替代品有着巨大的需求，成为仅次于血液的最需要的组织之一。目前，通常进行骨修复的手段主要有：自体移植和异体移植。然而，它们存在二次伤害、供体有限、免疫排斥、疾病传播等问题。为了解决这些问题，组织工程与再生医学越来越被人们所关注。其中，组织工程支架直接影响细胞的附着、分化和生长以及基质的形成，为细胞生长提供模拟细胞外基质环境，成为了组织工程中尤为重要的一部分。理想情况下，组织工程支架材料需要满足一定的机械强度、合适的孔径、较高的孔隙率、生物降解性、生物相容性和无免疫原性。然而，通常作为骨组织工程材料的有石油基、合成高分子等。近几年，随着国家相关环保政策的出台，用生物质材料代替化石油、塑料成为一大热点，可以真正实现可持续的循环经济。因此，采用生物质材料制备组织工程支架成为了一个新途径。

自20世纪90年代以来，各种各样的生物材料已经被研究和测试用于软骨和骨组织工程应用。在所有的生物材料中，水凝胶由于其与细胞外基质结构相似，且具有多孔骨架结构，可实现细胞移植和增殖，因此，其在软骨和骨组织工程中作为支架材料受到了广泛的关注。目前已公开的支架材料有：明胶/海藻酸钠/生物玻璃(CN110755691A)采用戊二醛进行交联、海藻酸钠/甲基丙烯酸化明胶/甲基丙烯酸化透明质酸(CN112898599A)采用光引发剂进行固化、磷酸钙/海藻酸钠/黄连素(CN109966547B)采用氯化钙进行物理交联、聚丙交酯丙二醇二甲基丙烯酸酯和羟基磷灰利用合成高分子制成(CN110898257B)，这些材料存在着潜在毒性、力学性能差等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶及其制备方法和应用，以解决现有技术中潜在毒性、力学性能差的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将海藻酸钠加入到乙醇溶液中，混合均匀后加入高碘酸钠，反应过程中加入乙二醇停止反应，将反应产物洗涤至中性后，透析反应产物，将透析液冷冻干燥后获得双醛化海藻酸钠；

步骤2，将双醛化海藻酸钠溶解于磷酸盐缓冲液中，制得双醛化海藻酸钠溶液。

步骤3，将明胶溶解于磷酸盐缓冲液中，制得明胶溶液；

步骤4，将纳米纤维素至于水中，制得纳米纤维素悬浮溶液；

步骤5，混合双醛化海藻酸钠溶液和明胶溶液混合后，滴加纳米纤维素悬浮溶液，反应后至于模具中，获得纳米纤维素增强海藻酸钠水凝胶。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，海藻酸钠和高碘酸钠的混合比例为1:1，乙二醇和海藻酸钠的混合比例为1mL:5g。

优选的，步骤1中，反应温度为50℃，反应时间为5h；冷冻干燥温度为-50℃，冷冻干燥时间为48h。

优选的，步骤2中，双醛化海藻酸钠溶液的质量浓度为15％。