[发明专利]一种纳米羟基磷灰石海藻酸钙可注射型水凝胶的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料和医学工程领域，具体涉及一种纳米羟基磷灰石海藻酸钙可注射型水凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

近年来国内外对组织工程支架材料研究甚多，进展也很快，在骨组织工程支架材料方面，早期的传统支架材料是一种非降解性材料，仅起到支撑固定的作用，存在二次手术的问题。因此人们开始研究使用可生物降解并具有生物活性的材料，例如天然生物材料海藻酸钠、壳聚糖、胶原，合成生物材料聚乳酸、聚己内酯等。

组织工程研究中的支架材料为细胞的黏附与增殖提供了赖以存在的物质基础，同时维持或促进细胞的功能分化。组织工程支架材料主要分为预成型支架和可注射支架两种，预成型支架存在种植率低和需要外科手术等问题，而可注射型支架克服了这些困难。

可注射型支架是将一种具有流动性的生物相容性良好的材料与异体或自体细胞复合后注射到机体缺损部位，或直接注人体内，材料到达缺损部位后能在原位形成具有一定机械强度、形状、并且可与体液进行交换的支架。支架通过注射完成植入，故可降低手术难度，减少手术创伤，特别适用于微创伤的修复。水凝胶具有在一定条件下可保持流动状态而在外部的物理或化学刺激下可形成一定形状和强度的体型材料的特性，因此成为可注射型支架的首选材料。水凝胶作为可注射型支架材料具有许多优点，如具有良好的生物相容性;材料又有亲水性，与周围流体无界面张力；水溶液环境有利于保护细胞以及营养物和分泌产物的运输;易用细胞黏附配体进行改性等等。

可注射材料主要包括两大类：一.无机材料，如羟基磷灰石和双相钙磷生物陶瓷等，它们具有良好的生物相容性和骨诱导性；二.有机材料，主要包括天然生物材料和合成生物材料。海藻酸钠就是很典型的天然生物材料，但它的力学性能无法满足要求，合成生物材料如聚乳酸虽然克服了天然生物材料的缺点，但其缺乏细胞识别信号，不利于细胞黏附，无法提供骨再生和重建的最佳化学环境。以水凝胶为载体的可注射型支架虽具备许多优点，但其机械强度太低、操作不易控制。为克服上述缺点，研究者将水凝胶与无机材料复合来达到补强增韧的效果，以获得具有优异组织相容性、良好的机械性能、可控的生物降解性的骨组织工程支架。

羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)是动物和人体骨骼的主要无机矿物成分，分子式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，它赋予骨抗压强度，是骨组织的主要承力者，具有良好的生物相容性和生物活性，但因其生物降解性较差，研究者将目光投向了纳米羟基磷灰石（nHA）。nHA是一种性能优良的无机陶瓷材料，由于纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应及量子效应等独特的特性，当羟基磷灰石的尺寸达到纳米级时表现出一系列的独特性能。nHA的粒子大小为1-100nm，与普通的HA相比具有溶解度较高、比表面积（SSA）大、表面能较大的优点，其晶体在形态、尺寸、组成、结构和结晶度上与人骨羟基磷灰石晶体高度类似，因此纳米羟基磷灰石具有更高的扭转模量、拉伸模量、拉伸强度和疲劳抗力，与人体不会发生排异反应，具有良好的生物安全性、骨相容性和骨传导性。

海藻酸是从海带、马尾藻中分离的天然线性多聚糖，主要以L-古洛糖醛酸(记为G)和其立体异构体D-甘露糖醛酸(记为M)通过α-(1,4)糖苷键链接而成的一种无支链的线性嵌段共聚物，分子量为10⁶左右，各种生物合成的海藻酸结构基本相似，但是组成海藻酸的两种醛糖酸的比例因生物的不同而有所差异，M/G比值的不同影响其理化性质。海藻酸钠是海藻酸被钠的碱溶液中和后的产物，具有MM、GG、MG三种结构单元，多为白色或淡黄色粉末，溶解在水里是具有一定粘度的溶胶状态。海藻酸含有游离的羧基，性质活泼，具有很高的离子交换功能，遇到一定浓度的钙等二价阳离子时会交联形成稳定的“egg-box”结构的海藻酸钠、钙混合盐凝胶。其强度与钙离子浓度和藻酸盐浓度有关，海藻酸钙水凝胶载体对细胞具有较强的吸附性，在体内降解成甘露糖醛酸和葡萄糖醛酸。

在海藻酸钠溶液当中加入纳米羟基磷灰石，综合两者的优点，可以得到生物相容性和生物活性良好，具有适宜的机械强度和生物降解速度的可注射型水凝胶材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单方便，易于操作，便于控制的纳米羟基磷灰石海藻酸钙可注射型水凝胶的制备方法及其应用，所得水凝胶具有良好的生物活性和生物相容性，对细胞有较强吸附性，易塑形，营养物质易于渗透，具有更高强度和韧性，可广泛用于药物控释可注射型支架材料。