[发明专利]一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶及其制备方法

说明书

一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶及其制备方法，属于生物医用高分子材料技术领域，可解决老年人的关节软骨再生能力受限的问题，该自修复水凝胶利用多重可逆物理交联作用实现人体温度下高效自修复，以高密度氢键、离子络合键、微区结晶构建多重可逆物理交联构建互穿网络水凝胶，在37℃模拟体液环境中实现水凝胶的高效自修复，构建用于老年人关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶。本发明通过紫外光引发自由基共聚、离子络合及冷冻解冻方法构建多重交联水凝胶，该方法操作简单、成本低、环境友好无污染，易实现大规模生产，在关节软骨浅表层等类似需要高效自修复的组织工程领域具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料技术领域，具体涉及一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶及其制备方法。

背景技术

随着人口老龄化的发展，由关节软骨损伤、退变引起的膝关节骨关节炎已成为影响老年人身心健康的主要疾病。由细胞外基质组成的关节软骨是一个1-7 mm厚的粘弹性薄层，覆盖于关节骨的表面，承受约10MPa的压力。关节软骨的浅表层位于表层区域，厚度约40μm，占软骨总厚度10%-20% ，含水量高达80%，蛋白多糖约15%，可从关节软骨上剥离，胶原纤维与关节面平行，特有的孔隙结构能够摄入滑液分子，长期承受剪切应力作用，是关节软骨损伤的起点。由于老年人的关节软骨再生能力受限，迫切需要合适的人工关节软骨修复材料。多重可逆物理交联网络实现高效自修复的水凝胶具有与细胞外基质类似的网络结构、粘弹性及含水量，在长期承受剪切力作用损伤的同时自我修复，是老年人关节软骨浅表层损伤修复的理想选择。

发明内容

本发明针对老年人的关节软骨再生能力受限的问题，提供一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶，是一种基于高密度氢键、离子络合键、微区结晶构建多重可逆物理交联网络，在人体37℃下实现高效自修复的多重可逆物理交联水凝胶。

一种关节软骨浅表层修复用高效自修复水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将聚乙烯醇置于去离子水中，加热至90℃，搅拌1-2h，得到完全溶解的PVA水溶液，冷却至60℃备用；

第二步，称取丙烯酰胺、丙烯酸，置于第一步中60℃的PVA水溶液中，恒温搅拌至完全溶解，遮光取光引发剂α-酮戊二酸（KA）、氯化铁溶液于上述溶液中，保温60℃遮光搅拌1h，得到分散均匀的凝胶溶液；

第三步，将凝胶溶液倒入玻璃模具中，遮光冷却至室温，放置于紫外灯下均匀光照1-4h，得到多重物理交联的水凝胶；

第四步，将第三步得到的水凝胶置于-25℃的冰箱中冷冻4h后，解冻12h，得到高强度自修复水凝胶。

第一步中所述聚乙烯醇和水的质量体积比为1g：2ml。

所述聚乙烯醇、丙烯酰胺和丙烯酸的质量比为1:1:1。

所述聚乙烯醇和α-酮戊二酸、氯化铁溶液和的质量比均为50000:1。

所述氯化铁溶液的浓度为0.3mol%~0.7mol%。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明的水凝胶基于高密度氢键、离子络合键、微区结晶构建多重可逆物理交联网络，在人体37℃下实现高效自修复的多重可逆物理交联。

2. 水凝胶中的高密度氢键、离子络合键及微区结晶，相当于在水凝胶中设计三种可逆物理交联网络，保证了水凝胶的力学强度和自修复效率。

3. 引入多种单体提高氢键密度和冷冻解冻过程中的PVA微区结晶，进一步提高自修复水凝胶的力学性能。