[发明专利]矿化细菌纤维素聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物材料复合制备领域，特别涉及一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备。

背景技术

聚乙烯醇（PVA）水凝胶是亲水性聚乙烯醇大分子经交联后形成的网络状结构的水溶胀体。PVA水凝胶具有稳定的化学性质、良好的物理机械性能、易于成型、与人体组织良好的生物相容性，尤其是PVA水凝胶与人体组织性能相似的物理性质、对水分子等优异的透过性、适宜的扩展性、良好的柔韧性等，这些特性使PVA水凝胶可以用作伤口敷料、药物释放载体、人造组织、组织工程等生物医学领域。近年来研究证实PVA水凝胶具有和人体关节软骨类似的生物力学性质和良好的生物相容性，植入人体后能重建平滑的软骨面，减轻磨损，部分替代关节软骨，延缓或阻止创伤性骨关节炎的发生，是一种理想的关节软骨替代材料。但与人关节软骨相比PVA水凝胶没有生物活性，影响软骨的固定和修复功能，且PVA水凝胶的力学强度较弱，为改善PVA水凝胶的生物活性和力学性能，本发明将PVA水凝胶与具有优异力学性能和成骨诱导性能的矿化细菌纤维素水凝胶复合。

细菌纤维素（BC）作为一种优良的生物材料，在湿润状态下形成的细菌纤维素水凝胶具有其独特的物理、化学性能：其具有天然的三维纳米网络结构；良好的力学性能；高亲水性，良好的透气、吸水、透水性能。同时，细菌纤维素还具有良好的体内、体外生物相容性和良好的生物可降解性。研究表明，细菌纤维素水凝胶优异的力学性能（拉伸模量和弹性模量）可以达到与正常软骨相似的水平；同时软骨细胞在细菌纤维素上表现出高水平的生长，并且可以维持软骨分化、支持软骨细胞的迁移增殖。矿化细菌纤维素是羟基磷灰石与细菌纤维素水凝胶的复合材料，是细菌纤维素通过矿化处理得到的羟基磷灰石颗粒均匀镶嵌在细菌纤维素三维网络结构内部。矿化细菌纤维素水凝胶不但具有细菌纤维素水凝胶的优异力学性能，同时也具有羟基磷灰石的生物相容性、界面生物活性和良好的骨传导性、骨结合能力。

本专利将细菌纤维素矿化技术与冷冻-解冻法结合，制备一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料。该复合水凝胶具有PVA水凝胶网络状结构与BC水凝胶网络结构形成的互穿网络结构，同时羟基磷灰石颗粒均匀镶嵌在互穿网络结构内部。得到的复合水凝胶具有与人体软骨组织性能相似的物理性质、良好的力学性能、化学稳定性、生物活性和生物相容性。本发明工艺简单、成本低、无污染，制备的矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料在关节软骨修复、半月板修复等软骨组织修复中具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备方法。涉及一种生物材料复合制备领域。本发明工艺简单、成本低、无污染，制备的矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料在关节软骨修复、半月板修复等软骨组织修复中具有巨大的应用前景。

本专利涉及的一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备方法。包括：由菌株发酵培养得到的细菌纤维素经纯化处理和脱水浸渍处理得到含CaCl₂水溶液重量百分比为30～50%的细菌纤维素水凝胶。将聚乙烯醇溶解于Na₂HPO₄水溶液中，得到混合溶液A。采用浸渍法，使混合溶液A进入细菌纤维素水凝胶内部，得到的产物经冷冻-解冻数次，然后在真空下脱水处理6～24h，得到一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料。

作为优选的技术方案：

其中，如上所述的一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备方法，其特征是：所述的发酵培养细菌纤维素的菌株是木醋杆菌、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属或固氮菌属中的一种或几种。

如上所述的一种矿化细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶软骨修复材料的制备方法，其特征是：所述的纯化处理方法为，在70～100℃的温度下，在重量百分含量为4～8%的NaOH水溶液中洗涤4～6h，再用蒸馏水反复冲洗至中性。以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基。