[发明专利]一种三维网状壳聚糖缓释涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种壳聚糖‑甲基丙烯酸酐/碳酸钙(CSMA/CaCO₃）水凝胶缓释涂层的制备方法，涂层表面为多孔网状结构。制备方法如下：1）配置溶于稀乙酸的壳聚糖溶液；2）将甲基丙烯酸酐（MA）加入步骤1）得到的壳聚糖溶液中，在高温条件下通过水热法将甲基丙烯酸酐接枝在壳聚糖上制备出壳聚糖‑甲基丙烯酸酐（CSMA）；3）中和，透析步骤2）得到的壳聚糖‑甲基丙烯酸酐；4）向步骤3）所得溶液中加入光引发剂I2959和氯化钙溶液，紫外光照交联得缓释水凝胶。5）向步骤4）所得水凝胶中通入碳酸铵，制备得到聚糖‑甲基丙烯酸酐/碳酸钙水凝胶缓释涂层。本发明方法制备工艺简单，条件温和可控，重复性好，生产成本低，适于工业化生产；而且制备出的多孔网络水凝胶缓释涂层具有生物相容性良好、易降解、负载率高等优势，在医学、化工领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物材料技术制备领域，具体涉及一种三维网状壳聚糖缓释涂层及其制备方法。

背景技术

水凝胶作为钛材料上的涂层由于良好的生物相容性、可原位注射成型等特点。水凝胶柔软和湿润的特性，也拥有较低的摩擦力，因此可以在全关节假体中用作人造软骨，同时表明适合细胞粘附增殖与分化。水凝胶的三维多孔结构可模仿细胞外基质结构，在体内植入有利于生物体内物质运输和细胞生长。另一方面这些水凝胶涂层提高了钛的生物相容性并且能原位携载抗生素药物，可以用于药物释放，降低其免疫原性和感染效果。

壳聚糖是从甲壳素中经过脱乙酰化得到的自然界中唯一具有活性氨基（-NH2）的聚阳离子弱碱性多糖，作为一种广谱型的抑菌剂，生物相容性好、易于化学改性，被广泛用于植入体表面缓释涂层的构建。经紫外光（UV）辐照光敏基团改性的UV交联壳聚糖具有优异的空间可设计性，可原位负载药物/细胞，快速形成凝胶等特点，可在多孔材料的孔隙内制备均匀的缓释凝胶涂层。同时，UV交联壳聚糖还可进一步通过分子设计合成刺激响应的新型壳聚糖衍生物，实现负载药物的智能缓释。然而，电化学沉积、层层自组装等传统方法制备的水凝胶涂层与基底材料之间的结合强度较低，无法牢固的粘附在复杂形状的材料表面。由此，龚剑萍等（Advanced Materials Interfaces, 2018, 5: 1801018.）提出了一种将颗粒基双网络凝胶（particle-based double network hydrogel, P-DN）涂覆到三维固体材料表面的简单方法。首先对固体表面进行处理，形成含有自由基引发剂的底层，用于桥接基底与P-DN凝胶；然后将包含有第一网络凝胶颗粒与第二网络单体的预凝胶溶液涂于处理后的表面，进行光诱导聚合，即可将P-DN凝胶成功地涂覆在基底表面。第一网络的凝胶颗粒可有效提高P-DN凝胶涂层的机械性能，在90°剥离实验中，其剥离强度可达1000 J/m²。柏浩等（Journal of Materials Chemistry B, 2018, 6:3859-3864.）也利用钙基颗粒将多种水凝胶牢固地涂覆在无孔钛表面，其剪切强度可达120 kPa。最近，专利申请人采用仿生矿化法在多孔钛表面构建了壳聚糖/碳酸钙复合水凝胶涂层，发现原位生长的碳酸钙颗粒可明显提高水凝胶的机械强度，该矿化涂层还可促进骨髓间充质干细胞的粘附、铺展。可见，利用钙基颗粒作为粘合剂，结合改性壳聚糖的刺激响应性和钙基颗粒固有的骨传/诱导性，极有可能在3D打印多孔钛外表面及内部孔隙表面构建均匀、牢固结合的智能响应性缓释涂层，实现负载药物的智能缓释，达到高效骨整合的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、重复性好、摩擦力低、具有多孔结构、分散性好、载药率高的三维网状壳聚糖缓释涂层的方法，配置壳聚糖溶液，将甲基丙烯酸酐加入壳聚糖溶液中，在高温条件下通过水热法将甲基丙烯酸酐接枝在壳聚糖上制备出壳聚糖-甲基丙烯酸酐，中和透析壳聚糖-甲基丙烯酸酐；加入光引发剂I2959和氯化钙溶液，紫外光照交联得缓释水凝胶。向水凝胶中通入碳酸铵，制备得到聚糖-甲基丙烯酸酐/碳酸钙水凝胶缓释涂层。具体技术方案如下：

一种三维网状壳聚糖缓释涂层，所述缓释涂层的表面为多孔结构，孔径大小为0.2-0.4mm；涂层内部分布有密集的碳酸钙晶体，晶体形貌为方解石结构。