[发明专利]一种以Pickering乳液法制备GelMA大孔水凝胶的方法及应用

说明书

本发明公开了一种以Pickering乳液法制备GelMA大孔水凝胶的方法及应用，该方法将GelMA和PEG‑4SH溶于PBS缓冲液中，搅拌；充分溶解后，加入MgO纳米颗粒，搅拌，超声；加入十二烷和光引发剂，用高速均质机剧烈搅拌，得稳定的Pickering乳液；将乳液经UV光照，成胶，经乙醇和水充分洗涤透析，得到GelMA大孔水凝胶。制得的GelMA大孔水凝胶具有大孔结构的优势，能够促进营养物质的输送、代谢产物的排出以及细胞间的交流；且包载有Mg元素的成分，对小鼠骨髓间充质干细胞具有促进粘附、增殖和促进成骨分化的作用，具备优良的生物相容性，可作为性能优良的骨组织工程支架，在骨修复领域具有巨大的临床应用潜能。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料的技术领域，尤其是指一种以Pickering乳液法制备GelMA大孔水凝胶的方法及应用。

背景技术

骨损伤已是临床常见的外科疾病，目前临床治疗上所采用的骨移植体，主要有自体骨、同种异体骨和异种骨,这三种临床骨移植体各有优缺点，且来源有限，因此每年临床治疗均需要大量的骨修复材料。临床所使用的各种骨修复材料也均存在一定的问题，例如医用金属材料骨传导性较差，与人体天然骨组织的弹性模量不匹配；磷酸钙骨水泥机械强度差，不能用于承重骨的修复；生物活性玻璃降解速度与骨组织生长速度不匹配，导致骨组织生长速度过慢或骨缺损修复不完整等问题。

骨组织成分复杂，当中含有多种微量金属元素，如Mg、Sr、Zn、Fe、Cu等。在骨修复材料的研究中，掺入微量金属元素可以提高材料的骨修复性能。在多种微量金属元素中，Mg元素参与骨组织形成、骨代谢和骨矿物结晶等生理过程,对成骨细胞的粘附、增殖和成骨分化行为具有促进作用。

高分子水凝胶是一种由亲水性高分子交联而形成的三维网络与水分子共同结合组成的材料体系。常用于骨修复水凝胶制备的材料有胶原、明胶、丝素蛋白、壳聚糖、海藻酸钠和透明质酸等天然生物质高分子。由这些天然高分子制成的水凝胶，在成分上与机体的细胞外基质相似，同时具有良好的生物学性能和降解性能，以及促使细胞在材料上粘附等优势，已广泛应用于骨修复植入物的研究当中。目前已有多种制备方式将天然生物质高分子材料制成多种形态的水凝胶支架。

大孔凝胶支架在组织工程、生物医药等方面有着极大的应用价值，水凝胶内部相互连通的孔洞结构能够促进营养物质的输送、代谢产物的排出以及细胞间的交流，可作为良好的组织工程支架。一般将有效孔径在10nm～10μm范围内的水凝胶称为微孔水凝胶，有效孔径大于10μm的水凝胶称为大孔水凝胶。目前常见用于制备生物医用的大孔支架的方法中，要么无法形成连通孔，要么需要引入额外化学品增加毒性，不利于材料的生物相容性。本设计根据Pickering乳液法制备大孔水凝胶支架材料的原理和特点，将MgO纳米粒子作为Pickering乳液的稳定剂，拟设计一种GelMA大孔水凝胶支架，作为性能优良的骨修复支架。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种以Pickering乳液法制备GelMA大孔水凝胶的方法及应用，该方法制备的大孔水凝胶具有大孔结构的优势，能够促进营养物质的输送、代谢产物的排出以及细胞间的交流；且包载有Mg元素的成分，对小鼠骨髓间充质干细胞具有促进粘附、增殖和促进成骨分化的作用，具备优良的生物相容性，可作为良好的组织工程支架，在骨修复领域具有巨大的临床应用潜能。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种以Pickering乳液法制备GelMA大孔水凝胶的方法，首先，用甲基丙烯酸酐对明胶分子链进行接枝改性，得到甲基丙烯酸化的明胶，即GelMA，利用其上的双键，在光引发剂I 2959的催化下，在UV光照下与四臂的PEG-4SH上的巯基发生thiol-ene点击反应，快速形成水凝胶，通过在凝胶前驱液，即水相中加入由MgO纳米颗粒与十二烷构成的油相溶液，在均质机高速搅拌下制备稳定均一的Pickering乳液，再UV光照成胶，洗去作为模板的十二烷油滴，即得到以MgO纳米颗粒为Pickering乳液稳定剂的GelMA大孔水凝胶。

所述方法包括以下步骤：