[发明专利]双交联胶原水凝胶材料、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种双交联胶原水凝胶、其制备方法及应用。所述双交联胶原水凝胶主要是由乌头酸修饰的α‑β不饱和羰基化胶原与巯基化胶原进行Michael加成反应和酶催化反应而形成。本发明通过Michael加成反应和酶催化交联反应，制得可快速固化同时力学强度大的双网络水凝胶，其中还可通过调节经乌头酸修饰或巯基化后胶原的浓度、小分子接枝率以及TG酶的加入量等，从而调节该双交联胶原水凝胶的力学强度及弹性模量。同时，本发明双交联胶原水凝胶还具有固化速度快，生物相容性好、力学强度可调、稳定性好、生物降解速度可调等优点，在生物医学及组织工程等领域具有重要用途。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶材料，具体涉及一种双交联胶原水凝胶材料、其制备方法与应用，生物材料技术领域。

背景技术

3D打印技术，又名快速成型、固体自由制造、增材制造等。随着3D打印技术的进一步发展和成熟，3D打印与材料科学，生物科学等多学科相结合，在组织工程的研究当中也进行了广泛的应用，如制造供临床使用的支架或者夹板等医疗器械。

在3D生物打印的过程中，生物打印材料作为构建三维支架的基础，选择合适的材料进行3D打印，是其中的关键一步。总体而言，选用的生物材料必须具备三个基本特征：

(1)生物相容性。打印材料必须是对细胞友好，在体内不会发生免疫反应，最好是有利于细胞的黏附增殖。

(2)可打印性。打印材料可以在打印机中被打印成型，材料的黏度，流变学特性等适于被打印机打印成型。

(3)适宜的力学强度。选用的材料必须具备一定的力学强度来构建三维支架，保证在打印的过程中不坍塌变形，能够达到特定的组织的力学强度要求。

作为细胞外基质的一部分，胶原蛋白对周围细胞的结构和生物功能的起支撑作用，并广泛存在于软硬结缔组织中，其可以用于3D打印制备组织工程支架。但胶原应用于组织工程也存在着一些亟待解决的问题，例如力学强度低、稳定性差、易降解、不易打印等。因此，目前胶原参与的3D打印过程一般为复合型材料的打印，在打印过程中需要和其他材料发生相互作用或者添加一些有毒性的交联剂来进行交联成型。直接单独利用胶原进行3D打印，制备特定的机械强度适宜的组织工程三维支架的相关报道较少。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双交联胶原水凝胶、其制备方法与应用，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种双交联胶原水凝胶的制备方法，其包括：在有TG酶存在的条件下，使乌头酸修饰的α-β不饱和羰基化胶原与巯基化胶原进行Michael加成反应和酶催化反应，从而获得双交联胶原水凝胶。

在一些实施方案中，所述的制备方法具体包括：先以还原剂对所述巯基化胶原进行处理，之后与乌头酸修饰的α-β不饱和羰基化胶原在有TG酶存在的条件下进行Michael加成反应和TG酶催化反应。

其中，所述乌头酸修饰的α-β不饱和羰基化胶原的通式为：

所述巯基化胶原的通式为：

以上各式中，R代表胶原去除氨基和羧基后的残基部分，R₁为氢原子、烷基或亚烷基，R₂为氢原子或羧基或羟基衍生物，R₃为亚烷基或取代亚烷基。

进一步的，所述乌头酸修饰的α-β不饱和羰基化胶原的制备方法包括：将胶原的酸溶液和乌头酸溶液混合后进行反应，混合反应的温度在37℃以下，之后进行透析、冷冻干燥，其中胶原链上游离氨基与乌头酸的摩尔比为1：1～10。