[发明专利]一种高强度胶原凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械及其制备技术领域，具体涉及一种胶原凝胶，更具体涉及一种高强度的胶原凝胶及其制备方法。

背景技术

胶原是结缔组织的主要成分，占人体中蛋白总量的近三分之一。其良好的生物相容性和生物降解性，使得其成为在临床上获得广泛应用和深入研究的生物材料。水凝胶是一种由亲水大分子交联而成的三维网络，具有高含水量、低表面张力和优异亲水性；且由胶原、弹性蛋白、氨基聚糖、蛋白聚糖及糖蛋白通过高度水合作用而构建的天然组织支架——细胞外基质(ECM)本身即呈现水凝胶形态。因此胶原水凝胶被认为是替代ECM的理想材料，作为人工皮肤、人工角膜、玻璃体替代物、多种组织的体外培养支架、细胞载体和药物控释体系等而备受关注。但对于天然材料，共有的一大弱点是物理机械性能欠缺，胶原也因此而被限制了在某些方面的应用。

中国发明专利CN1513565A提供了一种应用生物工程技术制备的胶原凝胶人工真皮替代物。发明利用胶原在37℃中性环境下纤维重排形成水凝胶的机理，包埋人胎真皮成纤维细胞共培养，获得人工真皮。制备过程不加入交联剂，技术简单、绿色，但由于是物理水凝胶，凝胶机械强度低，仅50kPa左右，因而仅能作为真皮等软组织替代物应用。

为提升胶原水凝胶的力学性能，常用的方法一是将胶原与其他高分子组合构成复合材料，已被报道的包括胶原-聚乙烯醇(PVA)、胶原-聚甲基丙烯酸β-羟乙酯(PHEMA)、胶原-琼脂糖复合水凝胶等，但强度仍不够高，以琼脂糖/胶原 水凝胶为例，其压缩模量仅达到2-15kPa(朱琳，等.琼脂糖/胶原复合水凝胶的制备及性能研究[J].西安交通大学学报.47(2013)：121-126.)。由于胶原通常与其他组分不易相容，在胶原基复合材料中，一大类是互穿网络(IPN)/双网络(DN)水凝胶。由向胶原中引入磷酰胆碱构建的IPN水凝胶即被证明有较高模量和拉伸强度，是有潜力的角膜替代物材料。增强的方法之二是交联，对于胶原，可用的交联剂有戊二醛、碳二亚胺类(EDC)、京尼平以及近期被研究开发的化学修饰的碳纳米管等。但这些交联剂在使用过程中的残留和所致的潜在毒性都必须引起足够的关注。

发明内容

传统物理交联的胶原凝胶存在使胶原变性的问题和由交联程度不足导致的凝胶机械强度较低的问题，而化学交联法增强胶原凝胶过程中的化学溶剂、交联剂残留会导致潜在生物安全隐患。针对上述问题，本发明旨在提供一种尽可能减少甚至不引入其他外加组分及减少外部设备使用的条件下获得高强度的胶原凝胶，尤其是一种高强度3D胶原凝胶，并相应提供一种能够制得上述胶原凝胶的可规模化工业应用的方法。

本发明首先采用清洁的高能辐射技术制备高交联度的胶原水凝胶，无外源物引入、残留，然后利用辐射交联胶原凝胶的自收缩性质，通过简单工艺获得高强度3D胶原凝胶。

本发明对上述技术问题的解决具体是采用以下技术方案实现的。

本发明中的高强度胶原水凝胶，是通过将辐射交联的低密度胶原水凝胶浸没于水或水溶液中一定时间，维持一定温度使其发生三维尺寸收缩而得。对凝胶进行冷冻干燥还可获得具有多孔微结构的冻干凝胶，而利用冷冻干燥-溶胀后包覆技术可装载生长因子和负载药物，即干凝胶在接触到盐缓冲溶液、药物/生 长因子溶液、细胞培养基及体液时重新溶胀，成为功能化的支架材料；再次干燥所得载有药物和生长因子的冻干凝胶还能干态保存，避免活性因子的失活和泄漏。此外，通过限制还能使胶原凝胶仅在局部发生收缩，从而获得特殊形状的非均质材料，冷冻干燥后可得孔径呈梯度分布的支架。

所述的辐射交联低密度胶原水凝胶是通过对胶原水溶液或者其与其他天然高分子、水溶性合成高分子、乙烯基类单体组成的共混水溶液，进行高能辐射交联制备而成。

所述用于浸没胶原凝胶使其发生收缩的水溶液可以是磷酸盐缓冲液或浓度在0～5mol/L之间的氯化钠、氯化钙、氯化钾、硫酸钠水溶液或MEM、DMEM、1640培养基。

所述用于诱导胶原凝胶发生自行收缩的温度为30～40℃。

所述供胶原凝胶收缩的时间为2～72h。

所述的高能辐射为γ射线或高能电子束，用于辐射交联，辐照剂量为1～50kGy。

所述胶原水溶液的重量百分浓度为0.1～10％。

所述天然高分子可以为葡聚糖、糖胺聚糖、海藻酸、藻酸盐、改性纤维素、弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白的一种或多种。

所述葡聚糖选自α-葡聚糖(右旋糖酐)、β-葡聚糖及其胺基化、羧基化、磷酸化、磺化、氧化改性产物中的一种或多种。