[发明专利]一种在含有炔基的生物材料表面构建生物活性凝胶膜层的方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程的技术领域，具体涉及一种在含有炔基的生物材料表面构建生物活性凝胶膜层的方法。

背景技术

组织工程支架材料作为组织工程的三大要素之一，其为组织工程细胞提供生长的三维环境。生物相容性也极其重要，一方面需要避免引发炎症或致畸反应，另一方面作为细胞的生物载体，需要赋予材料某些生物功能性，如有利于细胞的粘附，为组织修复提供良好的环境等。目前，许多组织工程支架用高分子材料本身缺乏生物活性，不能发挥良好的修复、替代或治疗的作用。由于单一的材料不能很好的满足应用需求，利用现有高分子材料与生物相容性好的天然生物材料进行复合，不仅能克服高分子材料生物活性差的缺点，其良好的机械性能又弥补了天然生物材料的不足，成为组织工程支架材料研究和发展中非常活跃的方向。

理想的支架还需具备较高的孔隙率和比表面积以适于细胞的增殖和生长。采用FDM熔融沉积制造技术、SLS选择性激光烧结技术、静电纺丝技术以及3D打印技术，以及溶剂浇铸法、粒子沥滤法、气体发泡法、纤维网格粘结法、相分离法、熔融成形法、溶液浇铸法和冷冻干燥法等制备三维支架的方法，能够获得不同支架孔径大小，孔隙率的三维支架材料。

由于多孔支架材料结构的复杂性，支架内部材料表面通常只能采用物理吸附的方式进行表面改性，改性分子通过范德华力和表面结合，结合力弱，且容易从表面脱吸附，改性效果差。缺乏一种在支架内部材料表面改性的方法，使改性分子与表面能通过化学键结合在一起。

本发明巧妙利用了点击化学的特点，通过重复的化学点击反应，使得生物材料在水相中以温和的条件在界面发生快速高效的反应，从而得到表面复合生物活性凝胶膜层。水相反应可以保证任何结构的材料内部得到均匀地表面复合，且这种化学键合稳定可靠。同时利用点击化学的灵活性，还可以实现在凝胶层中引入特定结构的生物活性小分子的目标。此外，水凝胶的灵活可控性，甚至可以对生物活性分子的空间及数量进行精准调控。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种在含有炔基的生物材料表面构建生物活性凝胶膜层的方法。本发明通过化学键合的方式在生物材料表面均匀复合生物活性层(凝胶膜层)，所述生物活性层稳定牢固地键合在生物材料表面，并且键合有生物活性层的生物材料结构稳定，生物活性层的引入极大改善生物材料的性能。本发明的方法简单、灵活高效，反应条件温和，可以控制生物活性层(凝胶膜层)的厚度，对材料形态结构没有限制，适用范围广，为组织工程领域复杂结构材料稳固的生物活性改性提供可能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种在含有炔基的生物材料表面构建生物活性凝胶膜层的方法，包括以下步骤：

(1)在惰性氛围和溶剂中，将含有炔基的高分子材料与含有叠氮基的生物活性大分子通过催化剂的作用进行反应，洗涤，干燥，得到键合有生物活性大分子的高分子材料；叠氮基的摩尔含量≥炔基的摩尔含量，优选叠氮基的摩尔含量＞炔基的摩尔含量；

(2)在惰性氛围和溶剂中，将含有炔基的生物活性大分子与步骤(1)中键合有生物活性大分子的高分子材料通过催化剂的作用进行反应，洗涤，干燥，得到键合有活性层的高分子材料；含有炔基的生物活性大分子中炔基的含量≥

步骤(1)中键合有生物活性大分子的高分子材料中叠氮基的含量，优选炔基含量＞叠氮基的含量；

(3)重复步骤(1)或重复步骤(1)～(2)，键合有活性层的高分子材料表面继续键合有生物活性层，从而获得表面键合有不同厚度活性层的高分子材料；

(4)在惰性氛围和溶剂中，将含有叠氮基或炔基的小分子与步骤(3)中获得的高分子材料在催化剂的作用下进行反应，洗涤，干燥，得到键合有生物活性凝胶膜层的高分子材料；当步骤(3)中获得的高分子材料含有叠氮基时，选用含有炔基的小分子进行反应；当步骤(3)中获得的高分子材料含有炔基时，选用含有叠氮基的小分子进行反应。

在步骤(1)～(4)中，为了使后一步反应顺利进行，前一步反应中高分子材料修饰的炔基或叠氮基含量小于生物活性大分子修饰的叠氮基或炔基的含量，高分子材料修饰的炔基对应生物活性大分子修饰的叠氮基，高分子材料修饰的叠氮基对应生物活性大分子修饰的炔基；