[发明专利]一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用

说明书

本发明提供了一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA‑MBGNs的制备；（3）可光交联纳米介孔生物活性玻璃和改性明胶共交联GelMA‑G‑MBGNs水凝胶的制备。本发明的无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，采用共交联双重网状结构不仅显著提升了材料的结构稳定性、降解稳定性，还通过控制无机相离子释放速度达到了维持局部pH相对稳定的目的，从而使材料拥有了更为出色的组织修复功能。

技术领域

本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法及其在人工骨膜中的应用。

背景技术

骨膜是覆盖在除关节部位以外骨表面的薄膜，是一层坚固的结缔组织包膜。天然的骨膜可分为内外两层：外层为纤维层，由胶原纤维紧密结合而成，含有成纤维细胞；内层为发生层，含有较粗的胶原纤维，并含有骨祖细胞，可以在特定条件下向成骨细胞分化。成纤维细胞和骨祖细胞都会分泌一定的细胞外基质，该细胞外基质主要是一种天然的矿化胶原成分，其中胶原呈规则排列的多级结构，并为钙磷盐的矿化提供模板，从而形成有序排列的矿化胶原复合体。骨膜可通过血管向骨组织提供营养物质，对骨组织的生长发育以及骨组织缺损的修复起到至关重要的作用。

甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)，它应用广泛，可用于骨、软骨和血管等。明胶（Gel）具有优良的理化性能，如亲水性强、侧链反应活性高等，且明胶来源广泛、价格低廉、生物相容性好、生物可降解等优点，被广泛用于组织工程支架材料。Gel最重要的氨基酸序列是精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸（RGD）序列，此序列可促进细胞粘附、增殖和分化。美国食品和药物管理局（FDA）认定明胶安全，且已将Gel用做等离子膨胀剂和稳定剂，包括疫苗等。不仅如此，GelMA不仅具有明胶的生物学活性，还具有光交联水凝胶的理化定制能力。水凝胶由于其具有海绵样多孔结构以及良好的亲水性，可以作为良好的拟细胞外基质材料使用，可以为细胞的增殖和分化提供良好的3D环境。

甲基丙烯酸改性明胶水凝胶（GelMA）是一种光引发交联水凝胶，众多的研究表明，GelMA可以作为组织工程支架以及药物和基因载体使用。然而和其他众多水凝胶材料类似，缺乏必要的无机成份。在应用于成骨修复领域时，加入含有钙、磷、硅等元素的无机成份可以显著提高材料的生物活性，从而提升修复速度和修复效果。纳米介孔生物活性玻璃（Mesoporous Bioactive glasses Nanoparticles，MBGNs）组成成分为SiO₂-CaO-P₂O₅。纳米介孔生物活性玻璃具有普通生物活性玻璃所无法比拟的更大的比表面积且更容易降解，同时具有均一的纳米级介孔结构和良好的生物相容性和热稳定性。因此，本技术中采用MBGNs作为无机相来进行材料的有机-无机复合，从而提升材料的生物活性。随着生物活性玻璃的降解，生物活性玻璃中含有的钙、硅、磷等无机离子随之溶出，可以起到促进新生血管生成或促进骨质生成的目的。但MBGNs其纳米的结构使其有团聚的倾向，传统的直接混合的无机成分加入方式只能从成份上对材料进行改进，对材料的机械性能和结构稳定性的提升并不明显。

发明内容

要解决的技术问题：本发明针对传统无机成分混合加入方式存在的不足提供一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，在加入无机成分的同时提高其机械性能和结构稳定性。

技术方案：一种无机纳米颗粒增强水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）甲基丙烯酸改性明胶GelMA的制备；

（2）可光交联纳米介孔生物活性玻璃GelMA-MBGNs的制备

将纳米介孔生物活性玻璃MBGNs加入到正己烷中，超声分散均匀后，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES进行改性，改性后得到APTES-MBGNs，将碳二亚胺EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS加入GelMA溶液中搅拌溶解后加入APTES-MBGNs，反应得到GelMA-MBGNs；