[发明专利]水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及生物材料技术领域，具体涉及一种水凝胶及其制备方法，分别在壳聚糖分子链上接枝α‑β不饱和酸结构，在胶原分子链接枝巯基基团，通过对两种生物材料的活性结构进行修饰，利用Michael加成反应，以化学交联机制来实现水凝胶的快速固化，以实现材料的3D可打印性，通过改变经修饰后材料的浓度来调节水凝胶的力学强度及弹性模量。该水凝胶固化速度快，生物相容性好、力学强度可调、稳定性好，生物降解速度可调。该水凝胶的通式为：和中的任一种；其中，R¹为壳聚糖去除氨基的残基部分；R²为氢原子、烷基或亚烷基；R³为羟基、羟基衍生物、氨基或氨基衍生物；R⁴为胶原去除氨基和羧基的残基部分；R⁵为亚烷基或取代亚烷基。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体而言，涉及一种水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

3D打印，也称增材制造，在很多领域引起了巨大变革，如工程学、制造工业、教育、医学。3D生物打印使将生物相容性材料、细胞以及辅助性成分组装成具有三维功能活性的人体器官或组织成为可能。与非生物打印相比，3D生物打印更为复杂，涉及生物相容性材料的选择、细胞类型、生长、分化因素的考虑以及组织构建等问题，其中材料的选择至关重要。

水凝胶是一类具有亲水基团，能吸收大量水分溶胀但不溶于水的三维网状聚合物，因其与细胞外基质类似的组成和结构，适合各种不同细胞的粘附、生长、增殖和分化，成为3D生物打印构建人体组织和器官的重要材料。目前大部分3D生物打印水凝胶存在固化速度较慢、胶体机械强度和韧性较小或不可调控等问题，大大降低了其可打印性和应用范围。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种水凝胶的制备方法，其制备工艺简单，能够有效地制备得到固化速度快、生物相容性好、机械强度可调、在培养基中的稳定性好以及生物降解速度可调的水凝胶。

本发明的第二个目的在于提供一种水凝胶，其固化速度快，生物相容性好、机械强度可调、在培养基中的稳定性好，生物降解速度可调，应用范围大。

本发明的第三个目的在于提供上述水凝胶在制作生物医疗材料或组织工程材料或3D打印材料上的应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种水凝胶的制备方法，其包括：将马来酸酐修饰壳聚糖与巯基化胶原进行Michael加成反应；马来酸酐修饰壳聚糖的通式为：巯基化胶原的通式为：

其中，R¹为壳聚糖高分子去除氨基的残基部分；R²为氢原子、烷基或亚烷基；R³为羟基、羟基衍生物、氨基或氨基衍生物；R⁴为胶原高分子去除氨基和羧基的残基部分；R⁵为亚烷基或取代亚烷基。

一种水凝胶，其由上述水凝胶的制备方法制备得到，其通式为：

中的任一种；

其中，R₁为壳聚糖高分子去除氨基的残基部分；R₂为氢原子、烷基或亚烷基；R₃为羟基、羟基衍生物、氨基或氨基衍生物；R₄为胶原高分子去除氨基和羧基的残基部分；R₅为亚烷基或取代亚烷基。

上述水凝胶在制作生物医疗材料或组织工程材料或3D打印材料上的应用。