[发明专利]一种甲壳素晶须液晶弹性体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种甲壳素晶须液晶弹性体材料及其制备方法与应用。该甲壳素晶须液晶弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：甲壳素晶须的制备；步骤二：将步骤一中的甲壳素晶须与交联剂配制成甲壳素晶须/交联剂混合悬浮液，其中甲壳素晶须/交联剂混合悬浮液中甲壳素晶须的质量浓度为3wt％‑20wt％；步骤三：对混合悬浮液超声均化处理至液晶态，获得初步交联的甲壳素晶须液晶，并将其放置于25℃‑50℃环境中进一步交联，得到甲壳素晶须液晶弹性体。本发明具有原材料来源广、制备方法简单、反应条件温和、无需使用有机溶剂等显著优点，适宜产业化生产和大规模推广应用。

技术领域

本发明属于生物纳米材料及组织工程技术领域，具体涉及一种甲壳素晶须液晶弹性体材料及其制备方法与应用。

背景技术

骨组织工程的研究是近年来骨组织修复领域的研究热点，其中，仿细胞外基质支架材料的设计与构建是骨组织工程研究中最核心的内容。细胞外基质(ECM)不仅赋予了骨组织的结构和功能，确定了骨细胞的基本发展方向，而且还为细胞的生存及活动提供了适宜的场所，发挥支撑、保水、保护等作用，并通过信号转导系统，进而影响细胞的形态、功能、迁移、增殖和分化等。因此，根据细胞和组织的局部需求，从结构和功能上模拟细胞外基质，从而引导骨组织的有序再生和修复，对于开发骨组织工程新型支架材料至关重要。

液晶是介于各向异性晶体和各向同性液体之间的有序流体。溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中，与生命息息相关。在细胞外基质中存在大量的溶致液晶胶原成分。液晶态胶原为细胞外基质提供了一个水不溶性的框架，决定了细胞外基质的机械性能，并且由于其具有各向异性的表面，不仅可以接触引导成骨细胞的迁移、粘附、生长和分化等，还可以调控无机矿物盐的沉积，促进矿化，从而促进骨组织修复。目前有文献考虑直接利用氨蒸气凝胶化液晶态胶原作为骨组织修复材料，但这种制备方法不仅需要大量的时间去蒸发处理，而且，所制备的胶原膜整体形态不够均匀，材料的力学强度不足，尤为重要的是，只会在空气和胶原溶液之间的界面处产生液晶纹理。因此，仿生天然胶原构建液晶态新型骨组织工程支架材料具有非常重要的意义。

目前已被报道的液晶弹性体主要包含聚烯烃类液晶弹性体、聚硅氧烷类液晶弹性体、聚丙烯酸酯类液晶弹性体、聚氨酯类液晶弹性体等，且大都是通过单体缩合或加聚反应形成液晶的。这些液晶弹性体材料不仅原料成分复杂，制备过程麻烦，需要涉及多个化学反应以及使用有机溶剂，而且大部分具有生物相容性不足或生物毒性、生物不可降解等缺陷。例如CN111607086A利用乙烯氧基单体液晶，涉及大量化学反应，使用多种有机溶剂后制备了液晶弹性体。另有文献报道了一种聚丙烯酸酯类液晶弹性体，其特征在于在微乳液中通过光聚合反应制备了液晶弹性体微球作为三维细胞支架，但这一技术仍然存在不足：原料成分复杂，包含聚合单体、交联剂以及光引发剂等，合成过程使用了甲苯等有机溶剂，所得材料在体内的降解性较差，并且合成的是向列型液晶弹性体，与天然胶原的液晶态结构并不完全相似(Liquid Crystal Elastomer Microspheres as Three-Dimensional CellScaffolds Supporting the Attachment and Proliferation of Myoblasts TanmayBera,Ernest J.Freeman,Jennifer A.McDonough,Robert J.Clements,Asaad Aladlaan,Donald W.Miller,Christopher Malcuit,Torsten Hegmann,and Elda Hegmann ACSApplied MaterialsInterfaces 2015 7(26),14528-14535)。

目前，尽管有许多研究考虑了甲壳素晶须悬浮液的液晶特性，但未见利用甲壳素晶须悬浮液的液晶特性来仿生构建类天然胶原液晶态的新型骨组织工程支架材料的报道；也未见基于在保持甲壳素晶须悬浮液的手性向列相液晶的排列结构的同时，添加交联剂使其成为液晶弹性体，并用于骨组织工程的相关报道；同样未见基于甲壳素晶须液晶弹性体用于骨修复，对成骨细胞发挥引导、募集和调控等作用的研究报道。

发明内容