[发明专利]一种多功能可注射水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能可注射水凝胶及其制备方法，所制备的装载铈功能化的硅基生物活性玻璃可注射GelMA，能够在紫外光下交联形成水凝胶，可以填充凹凸不平的不规则创面，并缓慢释放铈离子和硅离子，发挥抗菌和促血管化功能，促进创面愈合。本发明所述多功能可注射水凝胶，是将制备的铈功能化硅基BGs和化学接枝获得的GelMA进行物理混合后在光引发剂和紫外光照射下交联形成的。该水凝胶可原位注射形成，可用于糖尿病足创面，有利于与周围组织进行良好整合；水凝胶中的硅基BGs可通过释放铈离子和硅离子发挥抗菌和促血管化作用，可以防止糖尿病溃疡创面感染和克服创面血管化不足的问题。

技术领域

本发明涉及一种多功能可注射水凝胶生物材料，具体说是装载铈功能化的硅基生物活性玻璃可注射水凝胶及其制备方法。属于生物材料及生物医学工程领域。

背景技术

糖尿病足是糖尿病常见的慢性并发症之一。据统计，糖尿病患者在一生中发生糖尿病足的可能性为15％到25％。糖尿病足溃疡患者5年的死亡风险是未患足溃疡糖尿病患者的2.5倍。糖尿病足溃疡形成创面具有尺寸和形状多样化的特点，病灶区易发生感染，并伴随着严重的炎症反应和血管病变，给治疗带来了极大挑战。因此，单一功能的组织工程材料不能满足治疗需求，亟需开发具有多功能的材料用于糖尿病足溃疡的治疗。

明胶是胶原蛋白的水解产物，是细胞外基质的主要成分，有利于细胞的功能化。明胶结构中含有活性基团氨基和羧基，有利于进行甲基丙烯酸酐的化学改性形成甲基丙烯酰化明胶(GelMA)，可响应紫外光进行交联形成可注射水凝胶，有利于填充多样化的糖尿病足创面。生物活性玻璃(BGs)具有较高的生物活性，它具有促血管化的功能，可通过掺杂不同元素赋予其多功能性，并且可与水凝胶进行复合形成功能性水凝胶。铈作为一种稀土元素具有抗菌功能，将其掺杂到硅基BGs中可获得抗菌和促血管化的双重功能。基于此，通过制备含铈硅基BGs并与GelMA进行复合构建具有可注射性、抗菌以及促血管化的多功能水凝胶，有望提高糖尿病足溃疡创面的修复效率。

发明内容

本发明针对糖尿病足溃疡病灶区创口多样性、易感染以及血管病变的问题，制备装载铈功能化的硅基生物活性玻璃可注射GelMA水凝胶，使其在紫外光下交联形成水凝胶，以填充创面并缓慢释放铈离子和硅离子发挥抗菌和促血管化功能，促进创面愈合。

本发明所述多功能可注射水凝胶，是将制备的铈功能化硅基BGs和化学接枝获得的GelMA进行物理混合后在光引发剂和紫外光照射下交联形成。其具体制备方法包括以下步骤：

1)GelMA合成：称取明胶加入PBS溶液中，在60℃恒温水浴下搅拌至完全溶解，制成浓度为5-15％w/v的明胶溶液；将6-10％v/v甲基丙烯酸酐(MA)以0.4-0.6mL/min的速率滴加至明胶溶液中，并于50℃下继续反应3h；向上述反应液加入5倍体积的PBS溶液，搅拌30min后终止反应；将反应后的溶液置于12-14kDa的透析袋中，于40℃去离子水中透析6天后，10000rpm离心10min，收集上清液，并预冻后进行冷冻干燥，得到白色固体；