[发明专利]可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种可3D打印的ε‑聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和应用，包括：混合甲基丙酸修饰的ε‑聚赖氨酸聚合物和甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物及含有光引发剂的水溶液得到混合溶液，再注入3D打印机进行3D打印，打印的同时采用紫外光照射。本发明利用甲基丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯上的碳碳双键在光引发剂的存在下，通过紫外光诱导自由基聚合，将ε‑聚赖氨酸与羧甲基纤维大分子聚合物交联在一起，形成三维网络结构的水凝胶，具有良好的力学性能，生物相容性好、可生物降解、实施条件温和可控。ε‑聚赖氨酸特有的抗菌活性对革兰氏阴性菌和阳性菌均有抑制效果，可有效预防创面伤口感染，可应用于医用敷料及组织工程材料等领域。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可3D打印的光交联ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和其应用。具体是通过双键自由基聚合在紫外光照的条件下发生自由基聚合交联得到水凝胶多孔支架材料。

背景技术

皮肤组织工程的出现为大面积皮肤损伤的修复与重建开辟了新的途径。而水凝胶因其多孔结构并具有湿、软特性成为研究的热点。水凝胶可模拟细胞基质，与皮肤相似的粘弹性与机械强度，并因其良好的生物相容性能够促进细胞生长繁殖，有效促进皮肤伤口愈合。被视为一种比较理想的皮肤组织替代材料，广泛地应用于组织工程领域，如：细胞载体、生长因子/活性药物载体、创面修复和组织工程支架等。

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是一种水溶性高分子，ε-PL是赖氨酸α-位上羰基和ε-位氨基结合的产物，由25～30个赖氨酸残基组成，ε-PL是一种的阳离子聚合多肽，主链上含有大量游离氨基，易于修饰，可发生交联、螯合、衍生化等反应，相对分子质量在3600～4300之间，可通过化学合成法、提取法和微生物发酵法获得，具有高生物相容性、可降解、无毒、抗菌、保湿等特点，而且其与蛋白质二级结构相似等优良特性，使ε-聚赖氨酸在蛋白质结构模拟、生物医学领域应用方面被认为是最具应用潜力的生物材料之一。而羧甲基纤维素是一种多糖类聚合物，具有低毒性，可降解性和良好的生物相容性，在组织工程，药物载体，食品包装等方面都有广泛的应用。

目前，水凝胶材料的成型方式主要包括化学交联(自由基聚合，酰胺化反应，迈克尔加成等)、物理交联(氢键缔合，离子配位等)等方式。但现有技术的成型方式往往不够温和，或者交联成型后的水凝胶会带有一定的细胞毒性，存在生物相容性差或机械强度不足等问题。

现有技术中，可通过3D打印制备具有一定形状的水凝胶支架，为了使得水凝胶在3D打印过程中按照预定形状成型，水凝胶的成型时间和成型方式成为了关键因素。

发明内容

针对上述现有技术的问题，本发明一种可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶敷料，制备条件温和、生物相容性好、可3D打印成型，可以广泛的应用组织工程材料等领域。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种可3D打印的ε-聚赖氨酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

混合甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)及含有光引发剂的水溶液得到混合溶液，将所述混合溶液注入3D打印机进行3D打印，在打印的同时采用紫外光照射。

优选的，所述3D打印采用solidworks软件画所需要的模型。

优选的，所述3D打印利用simplify 3D给3D打印机设置程序。

优选的，所述紫外光照射的时间为15～60s即可成胶。

优选的，所述甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)由如下方法制得：

室温下向甲基丙烯酸(MA)的水溶液中加入EDC和NHS活化羧基，之后加入ε-聚赖氨酸，控制pH值为4～6，于25～60℃反应12～24h即得。