CN106806943A - 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106806943A
CN106806943A CN201610200187.9A CN201610200187A CN106806943A CN 106806943 A CN106806943 A CN 106806943A CN 201610200187 A CN201610200187 A CN 201610200187A CN 106806943 A CN106806943 A CN 106806943A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium alginate
composite aquogel
bioceramic
amino acid
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610200187.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106806943B (zh
Inventor
常江
韩彦
李勇辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN201610200187.9A priority Critical patent/CN106806943B/zh
Publication of CN106806943A publication Critical patent/CN106806943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106806943B publication Critical patent/CN106806943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/446—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with other specific inorganic fillers other than those covered by A61L27/443 or A61L27/46
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/18—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons containing inorganic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/20—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons containing organic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/22—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons containing macromolecular materials
    • A61L15/28—Polysaccharides or their derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/425—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/44—Medicaments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/0066—Medicaments; Biocides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/008—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/0085—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0095—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/06—Flowable or injectable implant compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration

Abstract

本发明涉及原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用，所述复合水凝胶由海藻酸钠、氨基酸和含有两种或两种以上多价阳离子的硅酸盐生物陶瓷为原料混合后原位成型而成，其中各原料的重量体积含量分别为海藻酸钠1.5%～2%、硅酸盐生物陶瓷1%～20%、氨基酸0.25%～2%。本发明的复合水凝胶中的无机组分硅酸盐生物陶瓷不仅具有促进细胞迁移、成骨和成血管等生物活性，而且在水凝胶内部可以作为增强相提高复合水凝胶的力学强度，从而使复合水凝胶能够为组织的再生和重建提供物理支架和良好的化学环境。

Description

原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医学材料技术、组织缺损填充、创伤修复以及医疗器械领域，具体涉及一种包含无机/有机相的原位成型可注射生物活性复合水凝胶材料，同时本发明还涉及该复合水凝胶材料的制备方法及应用。
背景技术
人体组织器官缺损出现在多种临床情况中，严重威胁患者的人体健康而且降低了病人的生活质量，它可由肿瘤、外伤、严重感染或者先天畸形缺陷等多种疾病造成。尽管，通过医疗器械辅助可以有效的减轻病患的痛苦，但是不能从根本上修复损伤。组织损伤可以采用相对应组织部位移植的方法进行受损部位的功能重建，这些早期的移植包括自体和异体/异种移植，其中自体移植被国际公认的组织重建的金标准，自体组织能够很好地适应损伤部位环境，并能逐渐完成整合修复受损组织。但是自体组织移植可提供组织来源有限，而且不可避免要经历二次手术，且移植在形态、大小及塑型方面很难满足要求。同种异体或异种组织移植可以通过库提供，虽然避免了自体组织的不足之处，但是新鲜的异体组织一般会引起很强的免疫排斥反应，而且成本很高，还存在疾病感染的风险。由于自体组织来源有限以及异体组织容易产生免疫排斥反应，人们开始研究人工合成的修复材料。而目前临床上所采用的人工合成的组织修复材料都存在一些不完美的缺憾，比如生物相容性不好、不易降解或者不易塑型等，最终导致不能与宿主组织完全融合，所以传统的组织修复材料都不能解决所有的组织损伤类型。而随着组织工程学的发展，不仅改变了治疗组织缺损的传统治疗模式，而且也提高了组织修复材料的具体要求。通过组织工程技术体外与支架材料复合培养组织作为移植修复材料或者采用具有生物活性的可注射型的材料作为组织修复再生材料，能够避免传统组织修复材料存在的各种缺点，获得更好的临床治疗效果。
在使用组织修复再生材料进行治疗的过程中，伤口的感染是影响修复进程的重要因素之一。目前，随着医疗技术和卫生条件的不断进步，伤口感染的情况有所减少，然而在大面积开放性创伤以及慢性创伤的修复过程中，仍存在非常高的感染风险，严重时甚至威胁病人生命。通过定期对创伤部位清洁和注射抗生素等抗菌药物的方式能够有效的减少感染的发生，可是，这些方法会给患者带来二次伤害、增加患者痛苦，还可能会产生耐药性等副作用，不利于后续治疗。近年来，随着对抗菌材料研究的不断深入，制备具备良好化学稳定性、生物相容性的抗菌型组织修复再生材料越来越受到人们重视，抗菌和组织修复再生的有效结合也将为患者带来更加舒适的治疗体验和更好的治疗效果。
组织的修复过程中伴随着组织的重建和血管的重建，细胞所需的养分需要血管提供，没有血管输送养分，细胞很难存活。同时，不同组织器官修复过程中有着不同的生理环境以及伴随着特异性的生理过程。所以，良好的组织修复材料不仅仅要满足组织再生材料的一般要求，还需具有自己特有的性能：1、能够激活成血管相应基因的表达，诱导血管形成；2、修复材料具有贯通的三维孔隙结构，不仅要为细胞生存和血管重建提供三维空间，而且要起到输入营养物质和排出细胞代谢物的作用；3、能够针对不同组织器官修复的特点，参与对应的生理活动以及抑制相应的不良反应发生：如在骨组织缺损修复过程中能够诱导羟基磷灰石沉积与骨良好的结合，诱导成骨基因的表达；以及在创伤修复过程中能够促进细胞迁移、增殖和分化以及上皮组织形成，而在大面积慢性创伤修复过程中能够有效的抑制细菌滋生，防止伤口感染。
可注射水凝胶其多孔的内部结构与天然细胞外基质(ECM)相似，具有良好的生物相容性，而且可以很好的无间隙地填充无规则形状的受损部位，所以在药物释放、载细胞、组织工程以及再生医学等领域有着很大的应用前景。海藻酸钠(SA)水凝胶是目前研究比较成熟的水凝胶体系之一，且其已经在组织工程中有了应用，但是传统地将海藻酸钠溶液滴加到多价阳离子溶液中，由于凝胶由外而内形成太快，致使制备出的海藻酸钠水凝胶珠体可注射性差且海藻酸钠自身也缺乏生物活性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用。由于硅酸盐生物陶瓷在生理环境中可以降解释放出多种多价阳离子使周围微环境成碱性，这也意味着可以通过调节pH值来控制生物陶瓷释放多种多价阳离子的速度，从而促进成凝胶。具体而言，一方面，由于海藻酸钠为β-D-甘露糖醛酸(M单元)与α-L-古洛糖醛酸(G单元)共同构成的链状高分子，两种单元对于多价离子有着不同的螯合倾向；使用单一离子(通常为钙离子)成凝胶时，通常被认为主要同其中一种离子进行螯合从而成凝胶，海藻酸链段利用率不高，成凝胶调控能力较弱。而含有多种多价阳离子的生物陶瓷(镁黄长石、锌黄长石等)相较于含有单一多价阳离子的陶瓷(硅酸钙等)，不仅提高了陶瓷中可螯合离子的比重，同时又为充分利用海藻酸链段结构进行螯合提供了可能。另一方面，本发明采用酸性氨基酸调节pH，区别于酯类水解酸(葡萄糖己内酯等)的低效和无机酸(盐酸、硝酸等)过分强烈的反应以及两者本身的异物性，酸性氨基酸调节的方法提供了合理的氢离子释放速率，同时氨基酸作为人体必需物质，又十分安全可靠。因此，本课题根据生物陶瓷和海藻酸钠的各自特点，提出将含有多种多价阳离子的生物陶瓷作为海藻酸钠交联成凝胶的多价阳离子源，通过两者复合且依靠呈酸性的氨基酸调控生物陶瓷原位释放多价阳离子来可控地交联海藻酸钠，获得具有可注射性的海藻酸钠/陶瓷复合水凝胶，同时该复合水凝胶对生物活性陶瓷以及氨基酸需求量均较低，凝胶内部结构以及凝胶pH环境较为温和，组织相容性优异。此外，本发明人前期的研究表明众多硅酸盐生物陶瓷具备促进成血管基因表达，促进血管生成的作用。镁黄长石(Aker)和锌黄长石(HS)等硅酸盐矿物同时具有促进上皮组织修复以及一定的抗菌性能。综上，海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶在保有凝胶组织工程材料优势的前提下，还具有良好的一系列生物活性，在创伤修复领域具备良好的应用前景。
一方面，本发明提供一种原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶，所述复合水凝胶由海藻酸钠、含有两种或两种以上多价阳离子的硅酸盐生物陶瓷、氨基酸为原料混合后原位成型而成，其中各原料的重量体积含量分别为海藻酸钠1.5％～2％、硅酸盐生物陶瓷1％～20％、氨基酸0.25％～2％。
本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶是一种包含有机/无机相的可注射复合水凝胶，其中海藻酸钠源自天然、安全无毒，其所形成的水凝胶含水量高，具有良好的生物相容性，内部多孔结构利于营养物质输送和废物的排出。氨基酸为人体蛋白合成的所需物质，且从水凝胶中降解后可直接被机体吸收利用。复合水凝胶中的无机组分硅酸盐生物陶瓷不仅具有促进细胞迁移、成骨和成血管等生物活性，而且在水凝胶内部可以作为增强相提高复合水凝胶的力学强度，从而使复合水凝胶能够为组织的再生和重建提供物理支架和良好的化学环境。
较佳地，所述硅酸盐生物陶瓷为至少能释放两种多价(例如二价)金属离子的硅基生物陶瓷或玻璃，所述多价金属离子优选为Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Mn2+和Sr2+中的至少两种。
较佳地，所述硅酸盐生物陶瓷为透辉石、镁黄长石、锌黄长石、生物玻璃、掺杂的硅基生物玻璃陶瓷中的至少一种。
较佳地，所述氨基酸为天冬氨酸、谷氨酸以及其衍生物天冬酰胺和谷氨酰胺中的至少一种。
较佳地，所述复合水凝胶中还含有活性细胞、生物活性因子、和/或治疗药物。
与现有的技术相比，本发明具有以下特点。
1、此复合水凝胶体系安全无毒。海藻酸钠为源自褐藻的天然多糖，有着良好的生物相容性。氨基酸为人体组织蛋白的基本组成单元，进入机体可以被直接吸收利用。
2、此复合水凝胶具有原位成型可注射性。氨基酸的水解可以促使硅酸盐生物陶瓷在海藻酸钠内部原位缓慢释放多价阳离子交联成凝胶，并且可以通过改变氨基酸和硅酸盐生物陶瓷的含量调节复合水凝胶的凝胶时间来实现可注射，最终使复合水凝胶可以填充任意形状的组织缺损，能够和缺损周围正常组织密切接触。
3、此复合水凝胶体系能够为组织的再生和重建提供良好的物理化学环境。复合水凝胶体系为有机无机复合的多孔三维网络结构，模拟了天然组织的细胞外基质。
4、此复合水凝胶得到凝胶内部环境温和。由于生物陶瓷中可螯合离子比重较高，且能较为充分的利用海藻酸链段进行交联，成凝胶过程得以高效的调节。相较于硅酸钙等单一交联粒子的陶瓷(含量一般大于5％)，本复合凝胶体系中多交联离子生物陶瓷含量可降低至2％，陶瓷含量的减少对于细胞负载更加有理，同时pH更接近于中性，不会产生过碱环境，损伤细胞或组织。
5、此复合水凝胶体系酸性缓释剂安全有效。区别于酯类水解成酸性(葡萄糖己内酯)和各类无机酸(盐酸、硝酸等)，氨基酸作为人体的重要组成部分，减少了外来物质的引入，增加了整个复合成凝胶体系的安全性。同时，区别于酯类水解成酸的低效(需求量大于1％)，与无机酸的过分强烈反应，天冬氨酸、谷氨酸及其衍生物羧基含量适中，能够较为高效的提供氢离子(0.25％-1％为最佳范围)以促进陶瓷中的阳离子释放，同时又不会像各类无机酸或者柠檬酸等羧基含量过高的有机酸一样氢离子释放过于剧烈，导致陶瓷中阳离子释放过快，成凝胶时间过短，不利于操作甚至导致成凝胶不均匀，影响凝胶性能。
6、此复合水凝胶体系在凝胶发生前为液态，可加入活性细胞、生物活性因子、治疗药物等，混合均匀后再注射成凝胶。
7、此复合水凝胶体系易于操作，塑型方便，最大限度减少了手术难度和创伤，也减少了病人痛苦、感染危险、疤痕形成以及治疗费用。
另一方面，本发明提供上述复合水凝胶的制备方法，将均匀分散有硅酸盐生物陶瓷粉体的海藻酸钠溶液与氨基酸粉体混合均匀后，静置一段时间使海藻酸钠交联成三维网络结构，由此得到原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶。
本发明的制备方法工艺简单，易于操作。
较佳地，所述均匀分散有硅酸盐生物陶瓷粉体的海藻酸钠溶液在与氨基酸粉体混合前，先混合活性细胞、生物活性因子或者治疗药物。
较佳地，通过改变氨基酸粉体的添加量来调节海藻酸钠的凝胶时间。
较佳地，海藻酸钠的凝胶时间为30秒～20分钟。
再一方面，本发明还提供上述复合水凝胶在制备用于组织缺损的填充材料或创伤修复伤口敷料中的应用。
本发明的可注射复合水凝胶不仅具有促进细胞迁移、促进成骨和成血管以及抗菌的性能，而且易于操作，方便塑型，最大限度降低了手术难度和术后创伤，减少了病人的痛苦以及减少了术后感染、疤痕形成和治疗费用。
附图说明
图1是本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶的照片；
图2是本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/锌黄长石生物陶瓷/天冬氨酸复合水凝胶的照片；
图3是本发明提供的镁黄长石含量为20％的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/天冬氨酸复合水凝胶的照片；
图4示出本发明提供的不同组分含量的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶的成凝胶时间；
图5示出本发明提供的不同组分含量的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶的成凝胶弹性强度；
图6示出本发明提供的不同组分含量的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶的成凝胶抗压强度；
图7示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶促进人骨髓间充质干细胞成骨分化的效果，在该图以及下列各图中，SA为海藻酸钠，Aker/SA为本发明的复合水凝胶；
图8示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内诱导成骨的效果；
图9示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶在两种细胞共培养体系中促进人脐带静脉内皮细胞成血管分化的效果；
图10示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/锌黄长石生物陶瓷/天冬氨酸复合水凝的抗菌效果，其中CTR为空白对照组，SA为海藻酸钠，HS为本发明的复合水凝胶；
图11示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶促进人脐带静脉内皮细胞和人真皮成纤维细胞迁移的效果，其中CTR为空白对照组，SA为海藻酸钠，HS为本发明的复合水凝胶；
图12示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进创伤修复的效果；
图13示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进上皮形成的效果；
图14示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进皮肤干细胞迁移的效果；
图15示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进细胞增殖的效果；
图16示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进血管形成的效果；
图17示出本发明提供的可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶体内促进真皮中胶原蛋白的沉积。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明一方面提供了一种原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶。该原位成型可注射复合水凝胶由海藻酸钠、硅酸盐生物陶瓷、氨基酸为原料制备而成。将具有生物活性的生物陶瓷作为海藻酸钠交联成凝胶的多价阳离子源，通过两者复合且依靠可水解呈酸性的氨基酸调控生物陶瓷原位释放多价阳离子来可控地交联海藻酸钠，获得具有可注射性的海藻酸钠/陶瓷复合水凝胶。
其中，海藻酸钠的重量体积可为1.5％～2％。若其重量体积小于1.5％，则影响成凝胶强度，甚至不能成凝胶；若其重量体积大于2％，则溶液粘度过大，不利于原料混合，直至失去可注射性能。
硅酸盐生物陶瓷的重量体积可为1％～20％。若其重量体积小于1％，则影响成凝胶强度过低和时间过长，甚至不能成凝胶；若其重量体积大于20％，则容易引起生物陶瓷颗粒的沉降，造成凝胶不均匀，同时过高的陶瓷含量也将由于过度打断网络结构而引起凝胶强度的下降，以及对负载的细胞造成额外的伤害。优选地，硅酸盐生物陶瓷的重量体积为2％～5％。
氨基酸的重量体积可为0.25％～2％。若其重量体积小于0.25％，则影响成凝胶强度过低和时间过长，甚至不能成凝胶；若其重量体积大于2％，则成凝胶时间过快，不利于注射操作，且容易引起成凝胶不均匀，进而影响凝胶的强度。优选地，氨基酸的重量体积为0.5％～1％。
海藻酸钠的分子量可为中等粘度或低粘度(sigma，A2033和A2158)。
作为硅酸盐生物陶瓷，包括但不限于透辉石、镁黄长石、锌黄长石、生物玻璃，或者掺杂其他元素(如Sr和Cu)的硅基生物玻璃陶瓷。这些陶瓷或玻璃至少能释放两种多价金属离子，该多价金属离子能使海藻酸钠交联成凝胶。作为示例，包括但不限于Ca2+,Mg2+,Zn2+,Cu2+。
作为氨基酸，包括但不限于天冬氨酸、谷氨酸以及其衍生物天冬酰胺和谷氨酰胺。
本发明的复合水凝胶的含水量可为75％-96％。复合水凝胶中的无机组分硅酸盐生物陶瓷在海藻酸钠水凝胶内部可以作为增强相提高复合水凝胶的力学强度，抗压强度在150-180kPa之间，弹性强度在480-540kPa之间。
另外，本发明的复合水凝胶中还可含有活性细胞、生物活性因子或者治疗药物来加强治疗效果。
以下，说明本发明的复合水凝胶中的制备方法。
本发明中，可以将海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷混合溶液与氨基酸混合来制备复合水凝胶。混合过程中，氨基酸的水解会促使硅酸盐生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放多价阳离子，在一段时间内使海藻酸钠交联成三维网络结构，由此得到原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶。凝胶时间可通过改变氨基酸的含量进行调节，例如可为30s～20min。当氨基酸的含量增加时，凝胶时间缩短；当氨基酸的含量减少时，凝胶时间变长。另外，硅酸盐生物陶瓷的含量和种类(释放的多价阳离子的浓度和种类)也会影响凝胶时间。
海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷混合溶液的制备方法不限，只要能将海藻酸钠和硅酸盐生物陶瓷分散均匀即可。例如可以是先制备海藻酸钠溶液，再将硅酸盐生物陶瓷粉体加入到海藻酸钠溶液，搅拌均匀。在海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷混合溶液中，海藻酸钠的质量体积浓度可为1.5％～2％，硅酸盐生物陶瓷的质量体积浓度可为1％～20％。
海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷混合溶液中还可混合活性细胞、生物活性因子或者治疗药物，然后再与氨基酸混合。或者也可以是，先将海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷混合溶液与氨基酸混合，在水凝胶未完全凝固时，加入活性细胞、生物活性因子或者治疗药物。活性细胞、生物活性因子或者治疗药物的加入量可根据治疗需要合理选择。氨基酸在混合溶液中的质量体积浓度可为0.25％～2％。
在一个示例中，复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％-2％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的硅酸盐生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为1％-20％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的氨基酸粉体，且使氨基酸的质量体积浓度在0.25％-2％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，氨基酸的水解会促使硅酸盐生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放多价阳离子，在30s-20min内使海藻酸钠交联成三维网络结构，由此得到原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶。
本发明制备的可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶，具有可控的凝胶时间、较好的力学强度、良好的生物相容性以及良好的促成骨和成血管活性，根据生物陶瓷种类的不同还可以获得良好的体外诱导矿化性能、促进血管形成、细胞迁移、上皮组织再生以及优秀的抗菌性能；可作为骨修复材料用于由肿瘤、外伤、严重感染或者先天畸形缺陷等疾病造成的骨缺损或者骨量不足的治疗，以及作为创伤修复材料用于大面积和慢性创伤修复治疗。
本分发明提供的原位成型可注射水凝胶具有以下特点：(1)材料体系中有机成分为纯天然聚合物和人体合成蛋白所需的氨基酸，尽可能降低了外来物质的组成，提高了整个体系的生物相容性和生物安全性，另一方面，提供了适宜了酸性环境，有利于控制成凝胶时间(2)材料体系中的生物活性陶瓷或玻璃为多种离子共交联体系，极大的提高了成凝胶效率和性能；(3)体系中的生物活性陶瓷使体系具有良好的促成血管以及组织再生的活性，同时体系的多孔多水三维结构，为组织的再生和重建提供活性条件和最佳的理化环境；(4)体系可填充任意形状的组织缺损，包括硬组织缺损的填充及软组织创伤的填充或覆盖，能和缺损周围正常组织密切接触，易塑型、易操作，最大限度减少了手术难度和术后创伤；(5)体系还可以用于包裹细胞，包括干细胞和成体细胞，用于组织工程化组织的构建；(6)该材料体系具备良好的抗菌性能，能够有效降低创伤修复，特别是大面积开放性创伤以及慢性创伤修复过程中的感染风险。
本发明的复合水凝胶可作为骨修复材料应用在骨再生和骨组织工程，填充材料用在组织缺损部位或者创伤敷料应用在创伤修复中。使用时，可以在水凝胶未完全凝固而处于可注射的状态时，将其注入待治疗部位。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体(SA，sigma，货号A2033)，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体(Aker，由本课题组自己合成制备)，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的谷氨酸粉体(Glu，sigma，货号49449)，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶(见图1)。
实施例2可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为20％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度为0.25％，并在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在1min内使海藻酸钠交联成凝胶(见图2)。
实施例3可注射生物活性海藻酸钠/锌黄长石生物陶瓷/天冬氨酸复合水凝胶
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的锌黄长石生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的谷氨酸粉体，且使天冬氨酸的质量体积浓度为0.5％，并在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使锌黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Zn两种离子，在3min内使海藻酸钠交联成凝胶(见图3)。
实施例4可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸酸水凝胶的成凝胶时间a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度分别为0.25％、0.5％和1％，并在三通管中混合均匀；
d、将混合均匀的溶液注入15ml离心管中，每隔15s倾斜离心管，直至离心管内页面不在随着改动，记录此时时间，每组实验重复10次，统计实验结果(见图4)。结果显示，复合水凝胶的凝胶时间可以通过改变氨基酸的含量来进行调节。
实施例5可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/天冬氨酸水凝胶的成凝胶抗压强度和弹性强度
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的天冬氨酸粉体，且使天冬氨酸的质量体积浓度分别为0.25％、0.5％和1％，在三通管中混合均匀；
d、将混合好的溶液注入直径15mm，高10cm的模具中，静置12h，待凝胶充分反应，采用万能试验机测试其抗压强度，并根据应力应变曲线计算弹性强度，测试条件为1mm/min，无预应力加载(见图5和6)。
实施例6促进人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)成骨分化的复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在凝胶固化前，将混合液加入到事先培养的hBMSCs上，在37℃细胞培养箱中继续培养7天，然后对细胞进行固定和碱性磷酸酶(ALP，紫色)染色。如图7所示，本发明的复合水凝胶能够促进hBMSCs表达ALP，说明本发明的复合水凝胶能够促进成骨分化。
实施例7促进体内诱导成骨分化的复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
在水凝胶未完全凝固时可以将hBMSCs包裹在复合水凝胶内部再注射植入动物体内，4周后取出，对样品进行组织切片染色，结果显示本发明的复合水凝胶内部有大量骨延蛋白(BSP，棕色)的分泌，这表示本发明的复合水凝胶具有骨诱导活性(如图8)。
实施例8促进人脐带静脉内皮细胞(HUVECs)成血管分化的复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在凝胶固化前，将混合液加入到事先共同接种贴壁的hBMSCs和HUVECs上，在37℃细胞培养箱中培养3天，然后对细胞进行固定和内皮细胞标记物VWF(绿色)免疫荧光染色，如图9所示，用本发明的复合水凝胶处理的内皮细胞形成了更多的管状结构，这表明本发明的复合水凝胶在两种细胞共培养体系中能够促进内皮细胞的成血管分化。
实施例9具备抗菌性能的海藻酸钠/锌黄长石/天冬氨酸复合水凝胶
a、在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的锌黄长石生物陶瓷粉体，加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的天冬氨酸粉体，且使天冬氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Zn两种离子，在3min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、将凝胶和细菌原液共同加入细菌培养基中在37℃环境下培养，24h后将菌液涂抹于细菌琼脂培养基表面，37℃培养12h，对照组表面形成明显菌落，实验组表面无菌落形成(如图10)，这表明本发明的复合水凝胶具有良好的抗菌性能。
实施例10促进细胞迁移的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在凝胶固化前，将混合液加入到已长满且进行同样划痕处理的人真皮成纤维细胞(HDFs)和HUVECs上，在37℃细胞培养箱中培养16小时，在培养前后分别进行拍照记录划痕，培养最后对细胞进行固定和结晶紫(CV)染色拍照。如图11所示，本发明的复合水凝胶能够促进细胞的迁移。
实施例11体内促进创伤修复的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点对创伤部位进行拍照记录修复状况。如图12所示，本发明的复合水凝胶能够促进皮肤创伤的愈合。
实施例12促进创伤修复过程促进上皮形成的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点将创伤部位切下来，并对创伤样品进行固定包埋、组织切片以及上皮细胞标志物K14(绿色)免疫荧光染色，在第7天时用复合水凝胶处理的创伤表面已覆盖了一次新生上皮，这表示本发明的复合水凝胶能够促进上皮的再生，如图13所示。
实施例13促进创伤修复过程促进招募皮肤干细胞的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点将创伤部位切下来，并对创伤样品进行固定包埋、组织切片以及皮肤干细胞标志物K19(绿色)免疫荧光染色，用本发明的复合水凝胶处理的创伤中皮肤干细胞数目多，这说明本发明复合水凝胶能够促进招募皮肤干细胞，如图14所示。
实施例14促进创伤修复过程促进细胞增殖的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点将创伤部位切下来，并对创伤样品进行固定包埋、组织切片以及细胞增殖标志物Ki67(绿色)免疫荧光染色，用本发明的复合水凝胶处理的创伤中有大量的处在增殖期细胞，这预示着本发明的复合水凝胶能够促进创伤修复过程的细胞增殖，如图15所示。
实施例15促进创伤修复过程血管形成的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点将创伤部位切下来，并对创伤样品进行固定包埋、组织切片以及血管标志物CD31(绿色)免疫荧光染色，用本发明的复合水凝胶处理的创伤中有大量血管的形成，这预示着本发明的复合水凝胶能够促进创伤愈合中的血管形成，如图16所示。
实施例15促进创伤修复过程中胶原蛋白沉积的海藻酸钠/镁黄长石/谷氨酸复合水凝胶
该实施例采用的产品为可注射生物活性海藻酸钠/镁黄长石生物陶瓷/谷氨酸复合水凝胶，具体制备过程为：
a、首先将海藻酸钠粉体紫外灭菌30min，然后在室温条件下搅拌溶解海藻酸钠粉体，质量体积浓度为1.5％，4℃过夜，使其溶解均匀；
b、称量一定的镁黄长石生物陶瓷粉体，紫外灭菌后加入到海藻酸钠溶液中，使其质量体积浓度为2％，搅拌均匀；
c、将b所形成的混合溶液装入无菌的三通管一侧的注射器中，可以根据所需的凝胶时间在另一侧的注射器中加入一定量的紫外灭菌的谷氨酸粉体，且使谷氨酸的质量体积浓度在0.5％，两者在三通管中混合均匀；
d、混合过程中，谷氨酸的水解会促使镁黄长石生物陶瓷粉体在海藻酸钠内部缓慢释放Ca和Mg两种离子，在5min内使海藻酸钠交联成凝胶；
e、在水凝胶未完全凝固时可以将其注射动物皮肤创伤部位，在设定时间点将创伤部位切下来，并对创伤样品进行固定包埋、组织切片以及1型胶原蛋白标志物Col-1(红色)免疫荧光染色，用本发明的复合水凝胶处理的创伤中有大量胶原蛋白的沉积，这说明本发明的复合水凝胶能够促进创伤修复过程的胶原蛋白的沉积，从而加强新生真皮的强度，如图17所示。

Claims (10)

1.一种原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶由海藻酸钠、氨基酸和含有两种或两种以上多价阳离子的硅酸盐生物陶瓷为原料混合后原位成型而成，其中各原料的重量体积含量分别为海藻酸钠1.5%～2%、硅酸盐生物陶瓷1%～20%、氨基酸0.25%～2%。
2.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述硅酸盐生物陶瓷为至少能释放两种多价金属离子的硅基生物陶瓷或玻璃，所述多价金属离子优选为Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Mn2+和Sr2+中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述硅酸盐生物陶瓷为透辉石、镁黄长石、锌黄长石、生物玻璃、掺杂的硅基生物玻璃陶瓷中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合水凝胶，其特征在于，所述氨基酸为天冬氨酸、谷氨酸以及其衍生物天冬酰胺和谷氨酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶中还含有活性细胞、生物活性因子、和/或治疗药物。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，将均匀分散有硅酸盐生物陶瓷粉体的海藻酸钠溶液与氨基酸粉体混合均匀后，静置一段时间使海藻酸钠交联成三维网络结构，由此得到原位成型可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷/氨基酸复合水凝胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述均匀分散有硅酸盐生物陶瓷粉体的海藻酸钠溶液在与氨基酸粉体混合前，先混合活性细胞、生物活性因子或者治疗药物。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，通过改变硅酸盐生物陶瓷和/或氨基酸粉体的添加量来调节海藻酸钠的凝胶时间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，海藻酸钠的凝胶时间为30秒～20分钟。
10.一种权利要求1至5中任一项所述的复合水凝胶在制备组织损伤填充材料或者皮肤创伤敷料中的应用。
CN201610200187.9A 2016-03-31 2016-03-31 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用 Active CN106806943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610200187.9A CN106806943B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610200187.9A CN106806943B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106806943A true CN106806943A (zh) 2017-06-09
CN106806943B CN106806943B (zh) 2019-08-16

Family

ID=59106251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610200187.9A Active CN106806943B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106806943B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111759532A (zh) * 2020-07-07 2020-10-13 复旦大学附属华山医院 一种不依赖囊壁密封性的可长期使用肩峰下球囊
CN111905152A (zh) * 2020-07-06 2020-11-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有自愈合特性的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与其在心肌修复中的应用
CN111908836A (zh) * 2020-08-19 2020-11-10 中国科学院成都生物研究所 一种苔藓专用粘合剂
CN112708147A (zh) * 2020-12-01 2021-04-27 扬州大学 一种Mg/Sr-NBG增强γ-PGA水凝胶的制备方法
CN112870353A (zh) * 2020-12-28 2021-06-01 清华大学 一种可注射钙离子响应型光热水凝胶、其制备方法及应用
CN112891618A (zh) * 2021-01-28 2021-06-04 浙江大学 一种原位光固化抗菌骨缺损修复凝胶及其制备方法
CN113350577A (zh) * 2021-06-15 2021-09-07 华南理工大学 3d打印复合水凝胶支架及其制备方法与无菌冻干支架
CN114015073A (zh) * 2017-11-24 2022-02-08 杭州德柯医疗科技有限公司 一种用于注入生物体的水凝胶及其应用
CN115040694A (zh) * 2022-05-25 2022-09-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有血管和神经双功能的骨再生生物复合支架及其制备方法和应用
CN115429929A (zh) * 2021-06-04 2022-12-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种可注射自组装水凝胶及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009090020A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Cellmed Ag Monolithische in-situ vernetze alginatimplantate
CN101695584A (zh) * 2009-10-15 2010-04-21 浙江大学 一种促骨再生修复的可注射复合材料及其制备方法
CN102020777A (zh) * 2010-11-29 2011-04-20 同济大学 一种纳米羟基磷灰石海藻酸钙可注射型水凝胶的制备方法及其应用
CN103146002A (zh) * 2013-03-04 2013-06-12 上海大学 可注射用聚谷氨酸化学交联水凝胶及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009090020A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Cellmed Ag Monolithische in-situ vernetze alginatimplantate
CN101695584A (zh) * 2009-10-15 2010-04-21 浙江大学 一种促骨再生修复的可注射复合材料及其制备方法
CN102020777A (zh) * 2010-11-29 2011-04-20 同济大学 一种纳米羟基磷灰石海藻酸钙可注射型水凝胶的制备方法及其应用
CN103146002A (zh) * 2013-03-04 2013-06-12 上海大学 可注射用聚谷氨酸化学交联水凝胶及其制备方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114015073A (zh) * 2017-11-24 2022-02-08 杭州德柯医疗科技有限公司 一种用于注入生物体的水凝胶及其应用
CN114015073B (zh) * 2017-11-24 2024-03-22 杭州德柯医疗科技有限公司 一种用于注入生物体的水凝胶及其应用
CN111905152A (zh) * 2020-07-06 2020-11-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有自愈合特性的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与其在心肌修复中的应用
CN111905152B (zh) * 2020-07-06 2022-03-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有自愈合特性的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与其在心肌修复中的应用
CN111759532A (zh) * 2020-07-07 2020-10-13 复旦大学附属华山医院 一种不依赖囊壁密封性的可长期使用肩峰下球囊
CN111908836A (zh) * 2020-08-19 2020-11-10 中国科学院成都生物研究所 一种苔藓专用粘合剂
CN112708147B (zh) * 2020-12-01 2022-03-15 扬州大学 一种Mg/Sr-NBG增强γ-PGA水凝胶的制备方法
CN112708147A (zh) * 2020-12-01 2021-04-27 扬州大学 一种Mg/Sr-NBG增强γ-PGA水凝胶的制备方法
CN112870353A (zh) * 2020-12-28 2021-06-01 清华大学 一种可注射钙离子响应型光热水凝胶、其制备方法及应用
CN112891618A (zh) * 2021-01-28 2021-06-04 浙江大学 一种原位光固化抗菌骨缺损修复凝胶及其制备方法
CN115429929A (zh) * 2021-06-04 2022-12-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种可注射自组装水凝胶及其制备方法和应用
CN113350577A (zh) * 2021-06-15 2021-09-07 华南理工大学 3d打印复合水凝胶支架及其制备方法与无菌冻干支架
CN115040694A (zh) * 2022-05-25 2022-09-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有血管和神经双功能的骨再生生物复合支架及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106806943B (zh) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106806943B (zh) 原位成型可注射生物活性复合水凝胶及其制备方法和应用
Zhao et al. Biomimetic composite scaffolds to manipulate stem cells for aiding rheumatoid arthritis management
ES2729962T3 (es) Composiciones para el relleno y la regeneración de tejido blando
JP6362540B2 (ja) 注射可能なシルクフィブロイン粒子およびその使用
Zhao et al. Osteogenic media and rhBMP-2-induced differentiation of umbilical cord mesenchymal stem cells encapsulated in alginate microbeads and integrated in an injectable calcium phosphate-chitosan fibrous scaffold
CN101564553B (zh) 人源化活性煅烧骨的制备方法
Qin et al. Collagen-based biocomposites inspired by bone hierarchical structures for advanced bone regeneration: Ongoing research and perspectives
CN106267357B (zh) 一种修复骨软骨组织的双层复合水凝胶、制备方法及应用
Albu et al. Collagen-based drug delivery systems for tissue engineering
CN104971380A (zh) 一种脱细胞基质修复凝胶及其制备新方法
CN102892880A (zh) 生物工程化组织构建物及其制备和使用方法
WO2010081408A1 (zh) 一种生物活性组织再生膜及其制备方法
TW200927074A (en) Colloidal frame used in tissue engineering
CN101934092A (zh) 用于软骨再生修复的注射型软骨仿生基质材料及使用方法
CN104906637A (zh) 一种可注射-多孔-载药的聚甲基丙烯酸甲酯基复合支架骨移植材料及其制备方法
CN110721346B (zh) 一种生物3d打印墨水及其制备方法
CN1226149A (zh) 在葡聚糖悬浮液中的可注射生物活性玻璃
CN102294049B (zh) 生物活性玻璃与壳聚糖复合骨修复材料及其制法和用途
CN108273131A (zh) 一种复合骨水泥、制备方法及其应用和一种骨修复材料
CN108144124B (zh) 一种脱细胞异体真皮基质及在口腔疾病中的应用
CN107890585A (zh) 一种复合陶瓷支架及其制备方法
CN102172337B (zh) 具有皮脂腺样结构的组织工程皮肤及其制备方法
CN112076350B (zh) 具有纳米-微米复合结构和高矿物质密度的仿生矿化水凝胶及其制备方法与及应用
JP2003010308A (ja) 細胞組織再生用基材
CN104800884A (zh) 一种脱钙人牙基质材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant