一种双交联水凝胶及其制备方法

本发明属于生物医学工程领域，具体为一种改性的可注射双交联水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、骨缺损已成为世界卫生保健主要问题之一，无论是急性的(例如骨折)还是慢性的(即骨质疏松症、肿瘤和感染)，都需要进行治疗。这些骨缺损是使用自体骨移植、同种异体骨移植和生物相容性合成材料重建的。在使用自体移植物和同种异体移植物进行重建的情况下，可能会出现供体相容、免疫排斥和病原体转移的问题。设计合适的生物材料可以避免一些移植问题。骨骼是由羟基磷灰石(ha)和i型胶原纤维组成的复杂系统，有机/无机复合材料可以模仿骨骼骨的结构和成分。羟基磷灰石是骨的主要无机成分，它不但可以生物降解，而且能诱导细胞生长和分裂。合成纳米羟基磷灰石在组成和结构上与自然骨组织的钙盐一致，支持成骨细胞在宿主骨上的附着和迁移，而且具有骨传导和骨诱导作用。但纳米羟基磷灰石具有成骨支架所需的硬度、脆性和柔韧性不足等缺点，难以直接移植和固定于骨缺损区。这极大地限制了它的应用。为了克服羟基磷灰石的上述局限性，可以将水凝胶和羟基磷灰石相结合，用于研究间充质干细胞、骨组织再生的成骨表达。

2、水凝胶目前被认为是一种有效的给药平台，可以产生模拟天然细胞外基质优化微环境，缓释药物，避免高浓度药物给机体带来毒性。cn116271252a公开了“一种抗氧化可注射水凝胶及其制备方法和应用”，该发明采用柠檬酸-壳聚糖、维生素c-壳聚糖、β甘油磷酸钠水溶液和羟乙基纤维素水溶液反应制备得到维生素c-柠檬酸-壳聚糖水凝胶，应用于可注射性心肌组织工程中细胞移植的支架材料。可注射水凝胶具有微创给药，侵入性小，降低感染风险，可以填充各种不规则骨缺损等优势。但往往因为可注射水凝胶因网络结构不够稳定和自身固有特性造成力学性能不够，细胞黏附性差等影响了其在骨修复领域的发展。阿伦磷酸钠是一种有效的骨吸收抑制剂，用于治疗各种骨骼疾病。但静脉注射阿伦磷酸钠存在肾毒性、发热和流感症状以及电解质失衡的风险。

3、鉴于上述不足，本发明制备了一种可注射光交联双网络水凝胶复合纳米羟基磷灰石的生物材料。用高碘酸钠氧化海藻酸钠，得到含醛基的改性海藻酸钠。将纳米羟基磷灰石掺入改性海藻酸钠螯合。混合阿伦膦酸钠、羧甲基壳聚糖和甲基丙烯酰化明胶。改性海藻酸钠和混合后的羧甲基壳聚糖交联成胶，甲基丙烯酰化明胶紫外照射成胶。两者之间相互作用和紫外光照射下形成可注射双网络水凝胶复合纳米羟基磷灰石生物材料。

技术实现思路

1、基于上述分析，本发明提供了一种具有成骨诱导活性和抑制破骨细胞活性的双交联水凝胶，可以注射到骨缺损部位，在骨质疏松性骨缺损领域具有应用前景。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明首先一种双交联水凝胶的制备方法，包括：

4、(1)将二水合氯化钙和二水合磷酸氢二铵分别溶于ro水中形成溶液，在二水合磷酸氢二铵溶液中稳定滴加氨水，调节ph值后密封；将二水合氯化钙溶液匀速滴加到二水合磷酸氢二铵溶液中，使用氨水保持ph值；将最终获得的溶液密封后反应；反应结束后待产物冷却至室温，取出产物离心后倒掉上层废液；将获得的白色沉淀用ro水和无水乙醇反复洗涤，干燥后获得nha(纳米羟基磷灰石)白色粉末；

5、(2)在避光条件下，将海藻酸钠溶于ro水中，在海藻酸钠溶液中匀速滴加高碘酸钠后，避光反应3h；反应结束后，用乙二醇沉淀出产物，用去离子水透析并冷冻干燥即得氧化海藻酸钠；

6、(3)将氧化海藻酸钠用ro水配成溶液，加入一定量纳米羟基磷灰石，混合均匀得到前体液①；配好阿仑膦酸钠溶液和苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)磷酸锂盐溶液，加入一定量的羧甲基壳聚糖，再加入一定量的甲基丙烯酰化明胶，充分混合得到前体液②；将前体液①和前体液②等体积倒入双腔注射器中注射出来，等待1min后紫外照射成胶，即得双交联水凝胶。

7、进一步地，步骤(1)所述的二水合氯化钙溶液浓度为0.75m、二水合磷酸氢二铵溶液浓度为0.45m；两种溶液混合后的ca/p摩尔比为1.67。

8、进一步地，步骤(1)所述的氨水调节二水合磷酸氢二铵溶液的ph值为9-10。

9、进一步地，步骤(1)所述的二水合氯化钙溶液匀速滴加到二水合磷酸氢二铵溶液中，使用氨水保持ph至9-10。

10、进一步地，步骤(1)所述的反应后溶液应在90℃反应180min。

11、进一步地，步骤(1)所述的产物1在冷却至室温后，在8000rpm离心5min。

12、进一步地，步骤(1)所述的产物在60℃干燥48h获得最终纳米羟基磷灰石粉末。

13、进一步地，步骤(2)所述的海藻酸钠溶液浓度为0.02g/ml。

14、进一步地，步骤(2)所述的高碘酸钠溶液浓度为0.069g/ml。

15、进一步地，步骤(2)所述的高碘酸钠溶液与海藻酸钠溶液的体积比为4:50。

16、进一步地，步骤(2)所述的乙二醇与反应后的海藻酸钠溶液体积比为1:108，加入乙二醇后继续反应1h终止氧化反应。

17、进一步地，步骤(2)所述的透析时间为3天，透析袋截断分子量为3500da，透析期间间隔4h左右换一次水。

18、进一步地，步骤(3)所述的氧化海藻酸钠溶液浓度为8wt％。纳米羟基磷灰石加入氧化海藻酸钠溶液后，纳米羟基磷灰石的浓度为20wt％。

19、进一步地，步骤(3)所述的阿仑膦酸钠溶液和苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)磷酸锂盐溶液，阿仑膦酸钠浓度为0.8wt％，苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)磷酸锂盐浓度为1.2wt％。阿仑膦酸钠溶液和苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)磷酸锂盐溶液以体积比3：1配成混合溶液。

20、进一步地，步骤(3)所述的羧甲基壳聚糖溶液与混合溶液的浓度为10wt％。

21、进一步地，步骤(3)加入一定量的甲基丙烯酰化明胶使其在溶液中的浓度为14wt％。

22、进一步地，步骤(3)紫外成胶的紫外照射波长为395nm。

23、本发明还公开了一种根据上述任一制备方法制得的双交联水凝胶。

24、本发明设计了一种紫外光交联双网络可注射水凝胶，对纳米羟基磷灰石有一定的分散作用，纳米羟基磷灰石的引用促进细胞黏附，同时纳米羟基磷灰石释放的金属离子可以促进成骨细胞增殖、分化，促进骨再生。阿仑膦酸钠作为治疗骨质疏松症的常用药物之一，与骨骼有很好的亲和力，能够有效抑制骨吸收和破骨细胞的多种酶的活性，减少破骨细胞破坏骨质，但是阿仑膦酸钠利用率低，长时间使用还会对肠胃产生副作用，将水凝胶作为具有缓释效果的载药系统，可以降低副作用。海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、甲基丙烯酰化明胶作为水凝胶的基底材料，这几种天然多糖都具有优异的生物相容性和可降解性，是制备水凝胶的常用材料。

25、本发明的有益效果在于：

26、1.不规则的骨质疏松性骨缺损需要让水凝胶适应不同的形状，而传统的水凝胶大多是块状的，可注射水凝胶不仅可以适应不同形状的骨缺损、还可以实现微创治疗，减少创伤。

27、2.单网络水凝胶稳定性较差，可能无法长时间的占据缺损部位，保证持续释放药物修复骨缺损。双网络水凝胶不仅提高了材料的稳定性，同时还兼具了药物缓释的作用。

28、3.水凝胶中掺入的纳米羟基磷灰石以及阿仑膦酸钠，在保持材料良好生物相容性的同时，可以促进成骨分化和抑制破骨细胞活性，对于骨质疏松性骨缺损的治疗可能具有潜在的应用价值。