CN106267357B - 一种修复骨软骨组织的双层复合水凝胶、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于骨软骨修复的双层复合水凝胶材料，其骨修复层由海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯复合水凝胶组成，软骨修复层由海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶组成。本发明还公开了该双层复合水凝胶的制备方法及应用。本发明的双层复合水凝胶可模拟骨与软骨组织，双层复合水凝胶界面间连接紧密，可模拟骨软骨结合界面。本发明的双层复合水凝胶能够在促进骨软骨组织再生的同时促进新生骨组织中的血管生成，从而促进骨组织与软骨组织的修复。

Description

一种修复骨软骨组织的双层复合水凝胶、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及生物医学材料、组织工程与医学领域，具体涉及一种双层复合水凝胶材料及其制备方法和应用。
背景技术
创伤、骨关节炎等引起的骨软骨损伤是骨科较为常见的疾患。关节软骨中无血管、淋巴和神经分布而缺乏自身修复能力，一旦发生损伤病变，必须进行手术修复或置换。由于骨软骨是两种不同的组织构成，成分、性能存在显著差异，一旦骨软骨联合缺损则导致其修复过程具有更高的复杂性。
近年来，采用组织工程的手段修复软骨取得了一定的进展，目前临床应用的组织工程支架有I型胶原凝胶、透明质酸凝胶、纤维蛋白凝胶等。但对于骨软骨的联合缺损目前还是主要通过医疗器械辅助减轻病患的痛苦，已有的组织工程支架不能从根本上有效修复骨软骨的联合损伤。
已有文献报道使用组织工程中合适的支架材料可以促进骨组织和软骨组织再生，利用自身细胞进行组织修复也已取得一些成果，例如利用外加细胞自身参与到修复过程中，利用某些生长因子和蛋白等进行组织修复等。但对于骨软骨的联合缺损的修复，目前临床使用的I型胶原凝胶、透明质酸凝胶、纤维蛋白凝胶等组织工程支架，存在如下的缺陷：力学性能不佳；自修复性能差；不易固定而从缺损部位流失；而且在利用生长因子和蛋白等进行骨软骨联合修复时，存在骨软骨修复用的双层材料之间不能模拟出骨和软骨结合的界面，从而达不到骨软骨联合修复的效果。这些都限制了组织工程在应用于骨软骨联合修复中的进一步发展。
海藻酸钠水凝胶是一种天然高分子水凝胶，其在多价离子存在的条件下易成凝胶。琼脂糖是一种温敏型水凝胶，具有亲水性、无细胞毒性、化学稳定性、易塑形性和降解性能等性质，但单独的海藻酸钠水凝胶和琼脂糖凝胶存在力学强度较差等缺陷，导致海藻酸钠水凝胶所制备的软骨组织工程支架的力学强度较差，导致其在临床应用中的持久性较差等缺陷。
生物陶瓷是一种含有Ca、Mg、Si的陶瓷材料，具有可控的机械性能和降解速率、良好的生物活性、能与骨组织形成骨性结合且在体外可以促进成骨分化和成血管分化。但目前研究较多且在临床上有应用的羟基磷灰石的生物陶瓷,由于力学性能差,尤其是易断裂韧性差而在应用中受到限制。
因此，在生物材料及医学领域，骨软骨联合缺损修复仍未得到有效解决，对骨软骨的联合修复用修复材料和方法依然存在很大的需求。在组织工程领域，对组织工程支架用材料也依然存在很大需求。
发明内容
鉴于目前对骨软骨的联合损伤修复存在需求，以及现有技术中对骨软骨损伤修复支架和材料存在的缺陷，本发明提供了一种具有促进骨软骨组织修复能力的双层复合水凝胶支架材料及其制备方法与应用，其具体技术方案如下：
本发明第一方面提供了一种双层复合水凝胶，所述双层复合水凝胶其中一层复合水凝胶包含海藻酸钠(SA)，生物陶瓷，添加剂等组分；另外一层复合水凝胶包含海藻酸钠(SA)，琼脂糖(AG)等组分。
进一步地，所述双层复合水凝胶中，在海藻酸钠(SA)/生物陶瓷/添加剂复合水凝胶层中，海藻酸钠、生物陶瓷和添加剂的质量比(克)为1:1:1；在海藻酸钠/琼脂糖(SA/AG)复合水凝胶层中，海藻酸钠和琼脂糖的质量比(克)为1:1；
进一步地，所述双层复合水凝胶中，海藻酸钠(SA)/生物陶瓷/添加剂复合水凝胶层中，海藻酸钠、生物陶瓷和添加剂在水凝胶中的质量体积(克/毫升)百分比各自独立为1％-2％；SA/AG复合水凝胶层中海藻酸钠和琼脂糖在水凝胶中的质量体积(克/毫升)百分比各自独立为1％-2％；
进一步地，所述双层复合水凝胶中，海藻酸钠/生物陶瓷/添加剂复合水凝胶层可模拟骨组织环境；海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层可模拟软骨组织环境；
进一步地，所述双层复合水凝胶的界面连接紧密，可模拟正常骨软骨结合界面。
任选地，所述双层复合水凝胶中，可添加促进骨软骨组织再生的因子，优选干细胞、人成纤维细胞、生长因子和蛋白等。
本发明第二方面提供了所述双层复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将加热成液态的琼脂糖溶液，与海藻酸钠溶液按一定比例混合待用；
步骤2、将海藻酸钠、生物陶瓷、添加剂按一定比例配成混合溶液待用；
步骤3、将步骤1的琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液加入模具中静置冷凝成SA/AG复合凝胶，将步骤2的海藻酸钠/生物陶瓷/添加剂混合溶液加入模具已成型的SA/AG复合凝胶的上方，继续静置冷凝得到双层复合水凝胶。
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中琼脂糖溶液和海藻酸钠溶液的质量体积(克/毫升)百分比均为2％；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中海藻酸钠溶液与琼脂糖溶液按体积比为1:1进行混合；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中海藻酸钠溶液为质量体积(克/毫升)百分比为2％的中黏度海藻酸钠水溶液；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤2中海藻酸钠、生物陶瓷、添加剂的混合溶液，其中海藻酸钠、生物陶瓷、添加剂的质量体积(克/毫升)百分比分别均为2％；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤3中琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液与海藻酸钠/生物陶瓷/添加剂混合溶液的体积比为1:1；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤3中静置冷凝温度为20-30度；冷凝静置时间为5-20分钟，优选5-10分钟。
任选地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，可将促进骨软骨组织再生的因子加入双层复合水凝胶的海藻酸钠/生物陶瓷/添加剂复合水凝胶层或者SA/AG复合水凝胶层；
任选地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，还包括将双层复合水凝胶凝胶加入培养基，置于培养箱中培养得到包裹有促进骨软骨组织再生的因子的双层复合水凝胶。
本发明第三方面提供了上述双层水凝胶在制备骨软骨修复材料的应用。
本发明的双层复合水凝胶具有促骨组织再生能力和促血管生成能力，双层复合水凝胶的海藻酸钠/生物陶瓷/添加剂复合水凝胶层和海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层可以分别模拟骨与软骨组织结构。制备得到双层复合水凝胶的两个层面之间结合紧密，具有良好的连接界面，可模拟正常骨软骨结合界面。能更好的发挥同时修复骨和软骨的联合损伤的效果。
在实际运用中，利用本发明双层复合水凝胶能够在促进骨软骨组织再生的同时促进新生组织中的血管生成，其对骨软骨组织的联合创伤修复尤其具有良好的修复效果。
并且，本发明的双层复合水凝胶制备方法简单，易操作，成本低。临床应用于骨软骨损伤时，相对于目前的手术治疗，本发明的双层复合水凝胶为材料的工程支架可以微创注射使用，操作方便，减轻患者在治疗过程中痛苦，减少医护人员的工作强度，应用广，实用性高。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面将结合具体实施方式对本发明双层复合水凝胶及其的制备方法作进一步详细说明。以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
附图说明
图1为SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶的外观图；
图2为SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶连接界面的光学显微镜图；
图3为SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶切开后的连接界面扫描显微镜图；
图4为包裹了人成纤维细胞(HDF细胞)的SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶在明场以及在485nm双光子显微镜下的连接界面和细胞分布图。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。以下所述SA即海藻酸钠，AG即琼脂糖，Aker即镁黄长石，GDL即葡萄糖酸内酯，HDF细胞即人成纤维细胞。
镁黄长石是一种含有Ca、Mg、Si三元体系的生物陶瓷，具有生物陶瓷的可控的机械性能和降解速率、良好的生物活性等特性。
葡萄糖酸内酯是一种凝固剂，可作为药剂添加剂，具有无毒，可内服，固化效果佳等特点，可应用于药物制剂中。
本发明提供了一种双层复合水凝胶，所述双层复合水凝胶由海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯(SA/Aker/GDL)复合水凝胶层和海藻酸钠/琼脂糖(SA/AG)复合水凝胶层组成。
进一步地，所述双层复合水凝胶中，在海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯(SA/Aker/GDL)复合水凝胶层中，海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯的质量比(克)为1:1:1；在海藻酸钠/琼脂糖(SA/AG)复合水凝胶层中，海藻酸钠和琼脂糖的质量比(克)为1:1；
进一步地，所述双层复合水凝胶中，在海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯(SA/Aker/GDL)复合水凝胶层中，海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯的质量体积(克/毫升)百分比各自独立为1％-2％；在海藻酸钠/琼脂糖(SA/AG)复合水凝胶层中，海藻酸钠和琼脂糖的质量体积(克/毫升)百分比各自独立为1％-2％；
进一步地，所述双层复合水凝胶中，海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯(SA/Aker/GDL)复合水凝胶层可模拟骨组织环境；海藻酸钠/琼脂糖(SA/AG)复合水凝胶层可模拟软骨组织环境；
进一步地，所述双层复合水凝胶中，SA/Aker/GDL复合水凝胶层和SA/AG复合水凝胶层的界面连接紧密，可模拟正常骨软骨结合界面。
任选地，所述双层复合水凝胶中，SA/Aker/GDL复合水凝胶层和SA/AG复合水凝胶层可添加促进骨软骨组织再生的因子；优选干细胞、人成纤维细胞、生长因子和蛋白。
本发明还提供了上述SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将加热成液态的琼脂糖溶液，与海藻酸钠溶液按一定比例混合待用；
步骤2、将海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内脂按一定比例配成混合溶液待用；
步骤3、将步骤1的琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液加入模具中静置冷凝成SA/AG复合水凝胶，将步骤2的海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内脂混合溶液加入模具已成型的SA/AG复合水凝胶的上方，继续静置冷凝得到双层复合水凝胶。
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中琼脂糖和海藻酸钠的质量体积百分比(克/毫升)均为2％的溶液；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中海藻酸钠溶液与琼脂糖溶液按体积比为1:1进行混合；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤1中海藻酸钠溶液为质量体积百分比为2％的中黏度海藻酸钠水溶液；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤2中海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内脂的混合溶液，其中海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内脂的质量体积(克/毫升)百分比各自独立为2％；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤3中琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液与海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内脂混合溶液的体积比为1:1；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，步骤3中静置冷凝温度为20-30度；冷凝静置时间为5-20分钟，优选5-10分钟。
任选地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，可将促进骨软骨组织再生的因子加入双层复合水凝胶的SA/Aker/GDL凝胶层或者SA/AG水凝胶层；
优选地，所述促进骨软骨组织再生的因子为干细胞、人成纤维细胞、生长因子和蛋白。
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，可将促进骨软骨组织再生的因子加入双层复合水凝胶，是指将人成纤维细胞加入SA/Aker/GDL凝胶层；
进一步地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，可将促进骨软骨组织再生的因子加入双层复合水凝胶，是指将生长因子和/或人成纤维细胞加入SA/AG水凝胶层。
任选地，所述双层复合水凝胶的制备方法中，还包括将双层复合水凝胶凝胶加入培养基，置于培养箱中培养得到包裹有促进骨软骨组织再生的因子的双层复合水凝胶。
本发明还提供了上述SA/Aker/GDL和SA/AG双层水凝胶在制备骨软骨修复材料的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明创造性的将海藻酸钠、琼脂糖、葡萄糖酸内酯和生物陶瓷(镁黄长石)等不同的成分与微观结构的水凝胶混合，按照本发明的质量体积百分比制备成双层复合的水凝胶。双层复合水凝胶中SA/Aker/GDL层水凝胶具有促骨组织再生能力和促血管生成能力，SA/AG层水凝胶可促进软骨组织再生。双层复合水凝胶的海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯复合水凝胶层和海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层可以模拟骨与软骨组织结构。在临床使用上，本发明的双层复合水凝胶不仅具有良好的亲水性、无细胞毒性、稳定性、易塑形性和降解性能，并且提高了力学强度、力学韧性以及诱导能力，从而改善了组织工程支架在临床应用中的持久性较差的缺陷。
本发明的双层复合水凝胶中，琼脂糖温敏特性展现良好，镁黄长石(Aker)颗粒起到了交联两层共有成分海藻酸钠(SA)的作用，使制备得到的双层复合水凝胶紧密连接，具有良好的连接界面，可模拟正常骨软骨结合界面。能更好的同时修复骨和软骨的联合损伤。在实际运用中，利用本发明双层复合水凝胶能够在促进骨软骨组织再生的同时促进新生组织中的血管生成，其对骨软骨组织的联合创伤修复具有良好的修复效果。
并且，本发明的双层复合水凝胶制备方法简单，易操作，成本低。临床用于骨软骨修复时，可使用注射的方式，操作方便，大大减轻患者在治疗过程中痛苦，减少医护人员的工作强度，应用广，实用性高。
下面为具体的实施例，进一步具体说明本发明的技术方案。
实施例1.SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶的制备
步骤1、将2g海藻酸钠粉体溶于100mL去离子水中不断搅拌制备得到2％中黏度海藻酸钠溶液。将加热成液态的琼脂糖溶液配制为质量体积(克/毫升)百分比为2％的溶液，与海藻酸钠溶液按体积比为1:1混合得到海藻酸钠和琼脂糖混合溶液待用；
步骤2、将2％的SA溶液与质量体积(克/毫升)百分比为2％的Aker粉末研磨混合均匀，再加入质量体积(克/毫升)百分比为2％的GDL粉末，混合均匀配制成海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内脂质量体积(克/毫升)百分比均为2％的混合溶液待用；
步骤3、取步骤1的海藻酸钠和琼脂糖的混合溶液约500μL加入模具中静置冷凝成SA/AG复合水凝胶，将步骤2的海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内脂混合溶液约500μL加入模具中已成型的SA/AG复合水凝胶的上方，继续冷凝静置5-10分钟得到双层复合水凝胶。
SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶外观如图1所示，显示光滑外观和清晰的上下层界面。
实施例2.SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶的外观和微观结构分析
将实施例1制备好的SA/Aker/GDL和SA/AG双层水凝胶冷冻干燥，用光学显微镜观察水凝胶及其连接界面。
如图2所示，双层复合水凝胶的SA/AG层和SA/Aker/GDL层具有紧密结合的连接界面，双层复合水凝胶之间连接过渡自然。
将实施例1制备好的SA/Aker/GDL和SA/AG双层水凝胶冷冻干燥，切开干燥的双层复合水凝胶样品，得到较为平整的内部截面，经过表面喷金后采用发射扫描电子显微镜(SEM)在10kV加速电压下观察双层水凝胶连接处的截面结构。
如附图3所示，左侧为双层复合水凝胶的SA/AG层，显示较为光滑；右侧为双层复合水凝胶的SA/Aker/GDL层，显示布满镁黄长石(Aker)颗粒；中间由镁黄长石(Aker)颗粒将左右两层紧密连接在一起，连接界面结合紧密，过渡衔接十分自然，没有缝隙或裂痕。
实施例3.加入HDF细胞的SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶的制备
步骤1、将HDF细胞以1×105个/mL的密度加入到温度为37度的SA/AG复合水凝胶溶液中，轻轻吹打混匀待用；
步骤2、将HDF细胞以1×105个/mL的密度加入到SA/Aker复合水凝胶溶液中，再加入GDL，将溶液混合均匀待用；
步骤3、取步骤1的含有HDF细胞的SA/AG复合水凝胶混合溶液约500μL加入已灭菌好的特氟龙模具中，静置冷凝成SA/AG复合水凝胶，将步骤2的含有HDF细胞的SA/Aker/GDL混合溶液加入特氟龙模具中已成型的SA/AG复合水凝胶的上方，继续静置得到包含HDF细胞的SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶。
步骤4、待步骤3中双层水凝胶凝胶结束后，从特氟龙模具中取出，转移到12孔板中，加入培养基，在37摄氏度培养箱中培养得到包裹有HDF细胞的SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶。
在明场和485nm双光子显微镜下观察其结构以及连接界面。
如图4所示，显示包裹HDF细胞SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶具有紧密结合的连接界面，HDF细胞在双层复合水凝胶的分布均匀，满足作为修复骨软骨联合损伤材料的要求。
本发明其他组分的双层复合水凝胶具有和上述SA/Aker/GDL和SA/AG双层复合水凝胶相似外观、紧密连接的界面以及骨软骨损伤的修复效果。

Claims (7)

1.一种双层复合水凝胶，其特征在于，所述双层复合水凝胶由海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯复合水凝胶层和海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层组成；海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯复合水凝胶层用于模拟骨组织环境，海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层用于模拟软骨组织环境，双层复合水凝胶的界面连接紧密用于模拟正常骨软骨结合界面；所述双层复合水凝胶中可选择性地添加促进骨软骨组织再生的因子。
2.根据权利要求1所述的双层复合水凝胶，其特征在于，在海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯复合水凝胶层中，海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯的质量比为1:1:1；在海藻酸钠和琼脂糖复合水凝胶层中，海藻酸钠和琼脂糖的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的双层复合水凝胶，其特征在于，在海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯复合水凝胶层中，海藻酸钠、镁黄长石和葡萄糖酸内酯在水凝胶中的质量体积百分比各自独立为1％-2％；在海藻酸钠和琼脂糖复合水凝胶层中，海藻酸钠和琼脂糖在水凝胶中的质量体积百分比各自独立为1％-2％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双层复合水凝胶在制备用于组织工程骨软骨修复支架材料中的用途。
5.一种制备权利要求1-3中任一项所述双层复合水凝胶的方法，包括以下步骤：
步骤1、将加热成液态的琼脂糖溶液，与海藻酸钠溶液按一定比例混合待用；
步骤2、将海藻酸钠、镁黄长石、葡萄糖酸内酯按一定比例配成混合溶液待用；
步骤3、将步骤1的琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液加入模具中静置冷凝成海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶，将步骤2的海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯混合溶液加入模具已成型的海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶的上方，继续静置冷凝得到双层复合水凝胶；
其中，步骤3中静置冷凝温度为20-30℃，静置冷凝时间为5-10分钟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1或2中，海藻酸钠为质量体积百分比为2％的中黏度海藻酸钠溶液；所述步骤1中海藻酸钠溶液与琼脂糖溶液按体积比为1:1进行混合；所述步骤2中，镁黄长石、葡萄糖酸内酯在复合水凝胶层中质量体积百分比分别为2％；所述步骤3中琼脂糖溶液/海藻酸钠混合溶液与海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯混合溶液的体积比为1:1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1中还包括将促进骨软骨再生的生长因子混入海藻酸钠/琼脂糖复合水凝胶层；步骤2中可还包括将促进骨软骨再生的生长因子混入海藻酸钠/镁黄长石/葡萄糖酸内酯复合水凝胶层；步骤3还包括将双层复合水凝胶加入培养基，置于培养箱中培养。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109513045B (zh) * 2018-11-20 2021-01-15 温州生物材料与工程研究所 具有双层不同内部孔径结构的蛋白基水凝胶及其制备方法
CN109481736B (zh) * 2019-01-18 2021-03-02 福州大学 一种具有仿生梯度的软骨-骨修复支架及其制备方法
CN110128679B (zh) * 2019-06-10 2021-10-08 西南交通大学 一种用于电刺激骨软骨一体再生的导电双层水凝胶的制备方法
CN110420356B (zh) * 2019-08-09 2021-03-02 福州大学 一种用于骨肉瘤临床治疗的双功能一体化骨-软骨复合组织工程支架
CN113663124B (zh) * 2020-05-15 2022-10-28 苏州诺普再生医学有限公司 软组织修复补片材料、软组织修复补片及其制作方法和应用
CN112043871A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的仿生定向双层水凝胶的制备方法
CN112999425B (zh) * 2021-03-01 2022-03-25 浙江大学 一种双层水凝胶管状组织工程支架及其制备方法
CN115475281B (zh) * 2021-05-31 2024-04-12 上海交通大学医学院附属第九人民医院 组织工程软骨-骨复合体及其构建方法与应用
CN115006337B (zh) * 2022-07-11 2023-07-25 广州中医药大学顺德医院(佛山市顺德区中医院) 一种用于皮肤创面修复的双层亲水凝胶贴及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103638562A (zh) * 2013-12-04 2014-03-19 上海大学 软骨组织工程支架材料及其制备方法
CN104382844A (zh) * 2014-11-20 2015-03-04 中国医学科学院生物医学工程研究所 Plga-壳聚糖单向缓释膜及制备方法及用途
CN104667348A (zh) * 2015-02-04 2015-06-03 北京大学第三医院 一种含有海藻酸钠的药用组合物及其制备方法
CN105435311A (zh) * 2015-12-11 2016-03-30 西南交通大学 一种组织工程骨软骨复合支架及其制备方法
CN105749342A (zh) * 2016-04-29 2016-07-13 华南理工大学 一种双相骨软骨修复支架及其制备方法
CN105833342A (zh) * 2016-03-18 2016-08-10 南开大学 一种内径可控的海藻酸钠水凝胶空管的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002252025A1 (en) * 2001-02-23 2002-09-12 University Of Massachusetts Injection molding of living tissues
MY184693A (en) * 2013-08-22 2021-04-17 Univ Kebangsaan Malaysia Ukm Bilayer hydrocolloid films containing therapeutic agents
WO2016077118A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-19 University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education Stem cell-based technologies for avian skeletal tissue engineering and regeneration

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103638562A (zh) * 2013-12-04 2014-03-19 上海大学 软骨组织工程支架材料及其制备方法
CN104382844A (zh) * 2014-11-20 2015-03-04 中国医学科学院生物医学工程研究所 Plga-壳聚糖单向缓释膜及制备方法及用途
CN104667348A (zh) * 2015-02-04 2015-06-03 北京大学第三医院 一种含有海藻酸钠的药用组合物及其制备方法
CN105435311A (zh) * 2015-12-11 2016-03-30 西南交通大学 一种组织工程骨软骨复合支架及其制备方法
CN105833342A (zh) * 2016-03-18 2016-08-10 南开大学 一种内径可控的海藻酸钠水凝胶空管的制备方法
CN105749342A (zh) * 2016-04-29 2016-07-13 华南理工大学 一种双相骨软骨修复支架及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
聚乳酸/多糖复合支架的三维结构形态及其细胞相应;赵名艳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊) 医药卫生科技辑》;20111015(第10期);摘要、第28页

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