可力学自增强的胶原基角膜修复材料及其制备方法

本发明属于胶原材料，具体涉及可力学自增强的胶原基角膜修复材料及其制备方法。

背景技术：

1、角膜是位于眼表最前部的透明组织，具有屏障、透光和屈光等重要功能。由于角膜直接与外界接触，易受损伤和感染，导致各种角膜疾病，包括角膜盲。角膜盲已成为全球第二大致盲眼病，每年有超过千万患者因此而失明。目前，角膜移植是治疗角膜疾病的主要手段，但由于供体角膜数量严重不足，每年只有3000到4000多名患者进行供体角膜移植。因此，寻求可以满足临床需求的人工角膜修复材料成为目前材料学、组织工程学和临床医学领域亟需解决的问题。

2、传统的角膜修复材料主要包括合成高分子和天然高分子材料。合成高分子材料具有较好的力学性能和可塑性，可满足患者的自定义需要，但由于其无法降解、易感染等缺点，限制了其在临床应用中的推广。天然高分子材料通常具有良好的生物相容性和生物可降解性。胶原是一种来源广泛的生物质天然高分子材料，同时也是角膜的主要成分，因而在角膜组织工程研究中据有独特的地位。

3、以现有技术制备的纯胶原基角膜修复材料仍存在韧性较差、不耐受眼科缝线剪切力的问题。因此，通常需要采用物理或化学交联来提高胶原膜的强度和稳定性，从而使其更加适合作为组织工程材料使用。物理交联通过热处理、紫外线照射及γ-射线照射等方法增强胶原分子间的交联点，物理交联方法通常难以控制胶原交联的均匀性，交联程度较低，力学性能无法达到角膜移植的要求。化学交联通过向胶原分子中加入功能性基团，形成氢键、离子键和共价键来增强胶原分子间的作用力，可制得力学性能较高的胶原基材。但交联形成化学键也降低了胶原分子间的流动性，导致其脆化，在角膜移植过程中的操作拉扯力与角膜缝线剪切力可能导致其直接破裂。由此可见，现有材料与制备方法依然在力学强度、韧性等方面与天然角膜存在较大差距，特别是在耐受手术缝线剪切力与眼球生理压力方面的性能不足，可能会导致植片脱位或破裂等严重问题。因此，开发具有良好力学性能、生物相容性且可生物降解的胶原基角膜修复材料具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供力学强度高、韧性佳、可力学自增强的胶原基角膜修复材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1）胶原海绵的制备：将牛跟腱洗净搅碎后加入浓度为1~5%的碳酸钠溶液，震荡4~8h除杂，随后按液料质量比为48~50：1加入0.1~0.5 mol/l的醋酸溶液和浓度为3%的胃蛋白酶，在0~4 ℃搅拌24~72 h，随后经7000~8000 r/min离心收集上清液，向上清液中加入终浓度为0.5~0.7 mol/l的氯化钠进行盐析、过滤，于收集的沉淀中加入0.1~0.5 mol/l的醋酸溶液至沉淀物完全溶解，然后将该溶液在去离子水中透析24~72 h，最后在-50 ℃下真空冷冻干燥，制得胶原海绵。冻干的胶原海绵置于4 ℃恒温干燥避光处保存。

5、2）羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷的制备：

6、将1~3 g羧甲基-β-环糊精溶解于5 ml去离子水中，得到羧甲基-β-环糊精溶液；

7、将0.49~0.98 g聚乙二醇（分子量35000）溶解于5 ml去离子水中，得到聚乙二醇溶液；

8、然后将聚乙二醇溶液按30滴/分钟的速度逐滴加入羧甲基-β-环糊精溶液中，搅拌5~7 min后超声10~30 min，随后在25 ℃下继续搅拌3~6 h后静置3~9 h。将溶液在去离子水中透析24~72 h，最后在-50 ℃下真空冷冻干燥，制得羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷。

9、3）可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备：

10、将冻干的胶原海绵溶解于0.1 mol/l的醋酸溶液中，制得15 mg/ml的胶原溶液；

11、将羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷溶解于去离子水中，制得20 mg/ml的羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷溶液；

12、将吗啉乙磺酸（mes）溶解于去离子水中，制得0.2 mol/l吗啉乙磺酸溶液，向其中加入适量0.2 mol/l氢氧化钠溶液调整其ph值为5.5，再按摩尔比胶原 : 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺（edc）： n-羟基丁二酰亚胺（nhs）= 2:1:1~6:1:1的比例向其中加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺溶液与n-羟基丁二酰亚胺溶液，制得mes/edc/nhs溶液；

13、按质量比为0.25:1~1:1将羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷溶液缓慢添加至胶原溶液中，并在0~4 ℃下缓慢搅拌混合均匀，随后在3500~4000 r/min下离心2~3min后静置10~14 h，除去气泡。将除泡后的混合液置于平板刮膜机上，按3.5 mm到2.5 mm的厚度梯度递减单向刮涂使其平铺于刮膜机上，随后将其置于4.5~5 %氨气氛围下2~10 min，再于25~26℃、80~82%湿度条件下恒温恒湿48~72 h。接着将该膜浸泡于mes/edc/nhs溶液中以40~60 r/min的速度水平震荡4~5 h，最后将其置于室温下自然风干成膜，即得到可力学自增强的胶原基角膜修复材料。

14、本发明的有益效果：本发明通过向胶原中引入羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷，并在edc/nhs交联剂作用下，羧甲基-β-环糊精在聚乙二醇链上滑动时可大大增加其各位点上的羧基与胶原上的氨基形成酰胺交联键的概率与形成多位点交联的效率。借助羧甲基-β-环糊精在聚乙二醇链上的滑动效果，当受到外力作用时，准聚轮烷与胶原分子间形成的滑动交联结构可以有效释放能量，从而产生自增强效应，提升胶原膜的力学强度和韧性。本发明制备的可力学自增强胶原基角膜植片能够满足当前角膜移植术对于耐受缝线和眼表压力的要求，在角膜修复领域有良好的应用潜力。

技术特征：

1.可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述搅拌是在0~4 ℃搅拌24~72 h，所述离心的转速为7000~8000 r/min，所述透析的时间为24~72 h。

3. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述羧甲基-β-环糊精溶液的浓度为 0.2~0.6g/ ml，所述聚乙二醇溶液的浓度为0.098~1.96g/ ml，所述聚乙二醇的分子量为35000。

4.根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述聚乙二醇溶液加入羧甲基-β-环糊精溶液中的速度为30滴/分钟。

5. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述搅拌时间为5~7 min，超声时间为10~30 min，透析时间为24~72 h。

6. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述胶原溶液的浓度为15 mg/ml，所述羧甲基-β-环糊精-聚乙二醇准聚轮烷溶液的浓度为20 mg/ml。

7.根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述恒温恒湿的温度为25~26℃，湿度为80~82%。

8. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤3） 所述震荡是以40~60 r/min的速度水平震荡4~5 h。

9. 根据权利要求1所述的可力学自增强的胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述mes/edc/nhs溶液的制备方法为：将吗啉乙磺酸溶解于去离子水中，制得0.2mol/l吗啉乙磺酸溶液，向其中加入0.2 mol/l氢氧化钠溶液调整其ph值为5.5，再按摩尔比胶原 : 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺:n-羟基丁二酰亚胺= 2:1:1~6:1:1的比例向其中加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺溶液与n-羟基丁二酰亚胺溶液，制得mes/edc/nhs溶液。

10.一种根据权利要求1~9任一项所述的制备方法得到的可力学自增强的胶原基角膜修复材料。

技术总结
本发明公开了可力学自增强的胶原基角膜修复材料及其制备方法。以牛跟腱为原料制得胶原海绵，将聚乙二醇溶液逐滴加入羧甲基‑β‑环糊精溶液中制得羧甲基‑β‑环糊精‑聚乙二醇准聚轮烷，然后将羧甲基‑β‑环糊精‑聚乙二醇准聚轮烷溶液缓慢添加至胶原溶液中，将所得混合液单向刮涂使其平铺于刮膜机上，再浸泡于MES/EDC/NHS溶液中，震荡，风干成膜，即得到可力学自增强的胶原基角膜修复材料。本发明通过向胶原基中加入羧甲基‑β‑环糊精聚乙二醇准聚轮烷，其滑动交联结构增加了交联的概率与多位点交联效率，准聚轮烷与胶原分子间形成的滑动多点交联结构在胶原膜受力时产生自增强效果。

技术研发人员：丁翠翠,王越,张敏
受保护的技术使用者：福建理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16