[发明专利]一种仿生的可注射性明胶-硅烷复合医用水凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于骨、软组织修复、细胞、蛋白及药物输送的生物活性仿生复合医用水凝胶材料的制备技术，具体涉及一种仿生的可注射性明胶-硅烷复合医用水凝胶制备方法。

背景技术

生物医用水凝胶具有三维的网络结构，高度亲水及水合的性质，可以负载药物、蛋白、细胞以及生物分子，是一类很优越的组织修复和生物载体材料，可注射水凝胶具有常温下为液态，体温下交联为凝胶的自固化性质，在微创医学领域有着广泛的应用。

传统的可注射生物医用水凝胶包括合成的水凝胶和天然的水凝胶，化学交联和物理交联的水凝胶，合成的水凝胶生物相容性较差，生物活性低，天然合成的水凝胶如胶原、透明质酸等具有较高的生物活性，但原料昂贵，成本高，不宜大量应用；化学交联的水凝胶担心交联剂的残留；物理交联的水凝胶靠物理作用力实现水凝胶的凝胶化，不需要任何有毒化学试剂，具有较高的应用潜力；明胶是天然胶原蛋白降解后的产物，具有类似蛋白的结构和性质，较高的生物活性，传统的可注射明胶水凝胶大多通过化学交联，另外化学交联的明胶水凝胶力学强度低，因而无法得到大规模应用。

硅基材料是一类重要的硬组织修复医用材料，具有良好的生物相容性，水解后的有机硅烷具有高的硅羟基浓度，也具有较好的细胞相容性，水解后的有机硅烷具有亲水性的羟基以及疏水性的功能基团如环氧基、乙烯基等，而这样的结构可以与亲水性的明胶高分子形成氢键或亲疏水相互作用，从而引起明胶的物理作用凝胶化，如果将带有疏水基的硅烷复合进天然高分子明胶网络，既可以制备出仿生明胶-硅烷复合医用水凝胶，又可以增强单纯明胶的弹性和其他力学性质。

中国专利公开号CN1907504.0(含双相钙磷颗粒的海藻酸钠交联明胶的可注射水凝胶及其制备方法和应用）和中国专利公开号CN102219911A（一种可注射聚膦腈/明胶复合水凝胶及其制备方法），通过分析比较上述研究及发明创造发现专利CN1907504.0所述的水凝胶组成复杂，制备成本较高，制备工艺复杂，同时该专利采用化学交联方法，有潜在毒性的可能；同样专利CN102219911A所用聚合物相对成本较高，化学交联机制也存在生物相容性差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种仿生的可注射性明胶-硅烷复合医用水凝胶制备方法，该方法成本低，操作简单，整个方法中没有有毒溶剂和化学交联剂。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

（1）明胶溶液的制备：将食品医药级的明胶粉末溶解于pH值为7.2-7.4的磷酸盐缓冲溶液中，得到透明的明胶溶液；

（2）硅烷溶液的配制：将硅烷溶解于中性磷酸盐缓冲溶液中，得到硅烷溶液；

（3）明胶-硅烷复合溶胶的制备：按硅烷：明胶为0.5-2mL：1g，将硅烷溶液加入到明胶溶液中进行水解反应，水解完全得到透明的明胶-硅烷复合溶胶；

（4）凝胶化反应：将明胶-硅烷复合溶胶在37℃下进行凝胶化，得到仿生的可注射性明胶-硅烷复合医用水凝胶。

所述步骤（1）明胶溶液中明胶的质量浓度为2%-30%。

所述步骤（1）中溶解的温度为40-60℃。

所述步骤（1）中明胶的来源为A型猪皮。

所述步骤（2）中每1mL中性磷酸盐缓冲溶液中加入硅烷的量为0.05-0.5mL。

所述步骤（2）中硅烷为3-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或巯丙基三甲氧基硅烷。

所述步骤（3）中反应的温度为40-60℃，水解反应的时间为20-40分钟。

所述步骤（4）中进行凝胶化具体过程为：将明胶-硅烷复合溶胶放入模具中，然后放入烘箱中于37℃下进行凝胶化。

所述模具的材质为聚四氟乙烯。

所述步骤（4）中凝胶化的时间为2分钟到120分钟。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明利用低成本的天然生物高分子明胶为水凝胶网络，利用可水解的硅烷为物理交联试剂和力学增强剂，制备出可在体温下自固化凝胶的生物医用复合水凝胶，制备方法简单，操作易行；本发明中所用水凝胶主要组份为天然蛋白高分子明胶，水凝胶液相组成为模拟体液的磷酸盐缓冲溶液，无任何有机溶剂，生物相容性好；

（2）本发明采用经过水解反应的硅烷为物理凝胶剂，同时作为有机相的增强相，制备的复合医用水凝胶强度高，且具有较好的力学性质、体温自固化能力、可注射能力以及生物相容性。