CN107149702A - 一种聚多巴胺改性多孔支架的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚多巴胺表面改性海藻酸多孔支架材料的制备方法。本发明以生物大分子海藻酸(Alg)为基体，以氯化钙(CaCl2)为交联剂制备多孔支架并利用多巴胺(DA)的氧化自聚在其表面涂覆聚多巴胺涂层，得到PDA/Alg多孔支架材料。本发明制备得到的多孔支架材料具有优异生物相容性、细胞黏附性，在组织工程领域具有广阔的应用前景。

Description

一种聚多巴胺改性多孔支架的制备
技术领域
本发明涉及一种聚多巴胺表面改性海藻酸多孔材料的制备方法，属于高分子材料和生物材料技术领域。
技术背景
骨组织具有较好的再生和自我修复能力，小的缺损基本可以自我愈合。但当缺损组织超出了一个临界极限，则不能完成自我修复，所以需要借助于外科手术进行植入治疗。目前，骨缺损修复较为有效的方法主要有两种：自体骨移植和异体骨移植。自体骨移植被称为骨移植“金标准”，但是也存在较多不足，如取材有限、易引起组织感染、易造成患者二次创伤等；异体骨移植则由于手术费用昂贵、易发生免疫排斥、易造成病毒性感染，使其在骨缺损修复领域的应用受到一定的限制。为了克服自体骨和异体骨移植存在的局限性，研究者们开始致力于研发用于修复、重建骨组织的理想的人工骨修复材料。
目前，用于骨组织修复的人工骨修复支架主要有金属、陶瓷以及高分子三大类。其中金属、陶瓷硬度较高，但其生物相容性较差、与周围组织界面的结合性较弱，存在降解性差、脆性大等缺陷。高分子材料包含生物大分子和合成大分子两大类，其具有较好的结构可调性、生物相容性和生物可降解性，已被用于支架材料的构筑。随着对支架材料研究的不断深入，研究者们发现细胞与材料之间的相互作用以及材料表面的性能对于骨缺损修复具有十分重要的影响。虽然高分子支架材料在应用中具有很多优势，但是仍存在一些缺陷，构建一种与组织界面作用力强，支架的结构、力学强度、降解周期与周围组织相匹配，具有可控释放生物活性因子的支架材料还面临着极大的挑战。
研究发现骨组织具有较多的微孔结构，其内部的细胞密度由内层向表层逐步增加，是一种由海绵质向致密质逐步变化的梯度结构，正由于骨组织这种特殊的结构赋予了其坚硬结实而又不失韧性的特性，同时也为细胞提供了生存三维空间，使细胞按预制形态生长。为使支架材料能更好的满足生物特性，这就要求其结构不能是简单的单一结构。因此，通过精确的结构设计及制备过程的调控，简单快速地构建结构和性能更加稳定、具有较高强度和梯度结构的支架材料，并探索其内部结构、形态及其与细胞间的相互作用具有重要的意义
聚多巴胺(polydopamine，PDA)作为一种很好的黏附层涂层材料已经得到了广泛应用，它不仅可以牢固地黏附在多种材料表面(如有机材料、无机材料以及高分子材料表面等)，而且其表面的苯醌基团还可以与带有巯基(-SH)和氨基(-NH2)的聚合物发生迈克尔加成或是席夫碱反应，使得材料表面可以根据不同的需要修饰上具有不同功能的涂层材料。并且聚多巴胺涂层在一个很宽的pH值范围内(pH＝1.0～12.0)都可以保持很好的稳定性，只有在强碱(pH＝13.0)中涂层才能够被去除，这使其在诸多领域具有很大的应用价值。
在黏性蛋白中，足丝分泌的液体能瞬间固化，从而产生高黏附性的原因至今不明确，但是普遍认为黏性的产生是蛋白分子内交联的结果。分子内交联反应与DOPA氧化为多巴醌(DOPA.quinone)的过程密切相关，DOPA分子中的二酚官能团通过单电子转移与相邻的DOPA分子芳环的酚氧基偶合交联；另一种观点认为，分子内交联反应是DOPA分子中的氨基参与席夫碱(Schiff-base)取代反应或者是迈克尔(Michael)加成反应，多巴胺单体以及多巴胺氧化之后的中间产物在聚多巴胺的形成过程中具有特别重要的作用。另外，多巴胺的自氧化过程一般是要在碱性条件下进行的，多巴胺的酚羟基氧化为苯醌的反应是一个平衡反应过程，碱性环境有利于反应正向移动，加速多巴胺氧化聚合
本专利发明了一种聚多巴胺表面改性海藻酸支架材料的制备方法。利用聚多巴胺(PDA)表面改性海藻酸多孔支架材料(Alg)，制备PDA/Alg多孔支架材料，该种支架材料具有优异生物相容性、优异细胞黏附性、能有效促进骨组织再生，有望作为骨修复支架材料应用于生物医学领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚多巴胺表面改性支架材料的制备方法，得到的PDA/Alg支架材料具有优异生物相容性、优异细胞黏附性、能有效促进骨组织再生。
本发明的设计思路是：通过冷冻干燥法制备海藻酸多孔支架，利用钙离子对其进行交联，再利用聚多巴胺对其进行表面改性，得到PDA/Alg多孔支架材料。
本发明的技术方案为：以氯化钙(CaCl2)为交联剂通过冷冻干燥法制备海藻酸(Alg)多孔支架材料；将多巴胺(DA)溶于pH值为8.5的Tris.HCl溶液中；再将Alg支架材料浸入DA的缓冲液溶液中，磁力搅拌24h进行表面涂覆；反应结束后取出表面改性的Alg多孔支架材料，用超纯水洗涤，再次冷冻干燥，得到聚多巴胺改性的海藻酸多孔支架材料。
其中，Alg溶液的浓度分别为2％，3％和4％；DA在Tris.HCl缓冲液中的浓度为2mg/ml；交联剂CaCl2的浓度为5％。
本发明的有益效果：通过冷冻干燥法简单、快速的制备多孔支架材料。利用具有优异生物相容性和黏附性的多巴胺对Alg多孔支架进行表面改性，该方法制备得到多孔支架材料具有优异的生物相容性、优异的细胞黏附性、能有效促进骨组织再生，这种多孔材料具有修复骨组织的潜在应用价值。
附图说明
图1PDA/Alg多孔支架材料的照片
图2PDA/Alg多孔支架材料的超景深照片
具体实施方式
实施例1、海藻酸钠多孔支架材料的制备
将海藻酸钠(Alg)分别配制成2％、3％、4％的水溶液，各取1ml装入模具中，用液氮快速冷冻成型，再将产物放入真空干燥机中干燥48h，得到白色圆柱体样品；将样品分别用5％的CaCl2溶液交联1h，之后用去离子水洗净残余的Ca2+，再次用液氮冷冻并在真空干燥机中干燥48h，得到Alg多孔支架材料。
实施例2、表面改性支架材料的制备
将多巴胺(DA)溶解在Tris.HCl缓冲液中(pH＝8.5)并使其浓度达到2mg/ml，将Alg多孔支架材料浸入DA溶液中，恒温涂覆24h；反应结束后取出多孔支架材料，用超纯水洗涤，最终得到的支架材料命名为PDA/Alg-a,其中a为Alg溶液的浓度。

Claims (4)

1.一种聚多巴胺(PDA)表面改性海藻酸多孔材料的制备方法，其特征在于以氯化钙(CaCl2)为交联剂通过冷冻干燥法制备海藻酸(Alg)多孔支架材料；将多巴胺(DA)溶于pH值为8.5的Tris.HCl溶液中；再将Alg支架材料浸入DA的缓冲液溶液中，恒温涂覆24h；反应结束后取出表面改性的Alg多孔支架材料，用超纯水洗涤，再次冷冻干燥，得到聚多巴胺改性的海藻酸多孔支架材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于Alg溶液的浓度分别为2～4％，交联剂钙离子的浓度为5％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于DA在Tris.HCl缓冲液中的浓度为1～2mg/ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于PDA/Alg多孔支架材料表面均匀涂覆了PDA涂层。
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