CN107583104B - 一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物材料领域，具体涉及一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，将PEG溶解在去离子水中，加入硫酸钡分撒，得到PEG水溶液；将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；最后将PEG水溶液和含金水溶液按比例混合得到动态水凝胶。本发明基于于动态共价化学反应方法，利用常规并安全的原料，制备出强度及生物相容性都被认可的动态凝胶。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域，具体涉及一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，具体的是一种利用动态共价化学反应制备的PEG水凝胶材料。
背景技术
腰椎退变的是指关节软骨发生退变，继发以关节边缘和软骨下骨质以增殖性新形成的一种关节病变。劳作、运动或不良生活习惯导致需要修复脊柱中腰椎间盘蜕变位置的病患与日俱增，保守估计又超过85％的人群都会有轻度背痛的经历，而这其中40％的病患显示出现了腰椎退变。在美国，每年仅用于治疗椎间盘修复或重建的费用超过2千亿美金，包括类固醇药物到物理治疗，甚至到侵入性的椎间孔切开术或椎骨融合术。手术方式治疗腰椎退变并不是治本的方法，仅能缓解由腰椎萎缩造成的神经性症状，如神经根病或坐骨神经痛等。当下，利用注射方式恢复已退变腰椎的高度和功能性用于治疗腰椎退变被认为是更可行且更少侵入性伤害的方式。因此，利用组织工程细胞化的支架就能够提供足够的力学稳定性从而增强治疗修复效果。研究者已经设计开发了一系列的高分子水凝胶用于椎间盘注射治疗，包括天然高分子，如透明质酸钠、胶原蛋白、胶凝糖胶、自组装的多肽以及多种高分子的组合，丝素蛋白和弹性蛋白等；人工合成的高分子，如交联的pNIPAM，光固化的pHEMA，以及PLGA等；天然高分子和合成高分子的混合物，如PEG和透明质酸。
动态共价化学是一种涉及的是一系列基于热力学平衡的可逆平衡的共价化学反应，虽然动态共价化学反应涉及共价键的断裂和形成，反应速度比较缓慢，常需要催化剂或较强的外界条件刺激，但动态共价键的键能是大于分子间相互作用力的，因而产物分子较自主组装体更为稳定、强壮。利用动态共价化学反应制备的水凝胶具有自修复的能力，并且硬度频率依赖，能够吸能减震，尤其适合作为制备脊柱保护凝胶使用。当有外界的环境如pH值或者紫外光照时，交换反应就能发生形成稳定的聚合物价键。已有的研究表明，利用动态凝胶制备的组织修复材料是基于PEG及氨基乙醇化的壳聚糖制备的，能够作为神经修复材料。但是，这些研究仅利用了动态凝胶的自修复功能，对于其特别的减震吸能效果都予以忽略了；并且引入的特殊官能团，虽然能够改善材料性质，却没办法真正进入市场使用，因为其降解代谢安全性无从评估。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，基于于动态共价化学反应方法，利用常规并安全的原料，制备出强度及生物相容性都被认可的动态凝胶。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，其特征在于：所述凝胶材料的制备方法按照如下步骤：
步骤1，将PEG加入去离子水中，搅拌均匀后加入硫酸钡分散，配制成PEG水溶液；
步骤2，将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；
步骤3，将含金水溶液缓慢加入至PEG水溶液中，充分搅拌均匀后得到动态水凝胶溶液，即为凝胶材料。
所述步骤1中的PEG采用硫醇封端的4-臂聚(乙二醇)。
所述步骤1中PEG的分子量为2000-3000。
所述步骤1中PEG的浓度为25-40％。
所述步骤1中的硫酸钡的含量为15-25％。
所述步骤2中的含金水溶液的HAuCl4浓度为0.2M-0.3M。
所述步骤3中的PEG水溶液与含金水溶液的体积比为4-9:1。
本发明将PEG溶解在去离子水中，加入硫酸钡分撒，得到PEG水溶液；将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；最后将PEG水溶液和含金水溶液按比例混合得到动态水凝胶。
本能够制备的水凝胶经反复压力形变都可恢复，同时混合后10min内注射，均可形成稳定凝胶，凝胶在注射过程中不破损，回弹良好。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明基于于动态共价化学反应方法，利用常规并安全的原料，制备出强度及生物相容性都被认可的动态凝胶。
2.本发明制备的凝胶材料不仅具有自修复功能，也具有频率依赖的减震作用。
3.本发明制备的凝胶材料在大力冲击时其强度会快速增加，适合作为脊柱填充保护凝胶。
4.本发明采用硫酸钡作为分散剂，利用硫酸钡的粒径空间，能够对PEG分子间产生空间位阻作用，能够提高PEG的分散性，防止其絮凝团聚。
5.本发明采用四氯金酸的水溶液作为催化剂能够良好的刺激共价键的产生与断裂，能够起到良好的促进反应的作用，同时共价键还存在逆向反应，通过双向反应能够形成自修复的能够力，大大提高了持续性。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，其特征在于：所述凝胶材料的制备方法按照如下步骤：
步骤1，将PEG加入去离子水中，搅拌均匀后加入硫酸钡分散剂，配制成PEG水溶液；
步骤2，将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；
步骤3，将含金水溶液缓慢加入至PEG水溶液中，充分搅拌均匀后得到动态水凝胶溶液，即为凝胶材料。
所述步骤1中的PEG采用硫醇封端的4-臂聚(乙二醇)。
所述步骤1中PEG的分子量为2000。
所述步骤1中PEG的浓度为25％。
所述步骤1中的硫酸钡的含量为15％。
所述步骤2中的含金水溶液的HAuCl4浓度为0.2M。
所述步骤3中的PEG水溶液与含金水溶液的体积比为4:1。
实施例2
一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，其特征在于：所述凝胶材料的制备方法按照如下步骤：
步骤1，将PEG加入去离子水中，搅拌均匀后加入硫酸钡分散剂，配制成PEG水溶液；
步骤2，将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；
步骤3，将含金水溶液缓慢加入至PEG水溶液中，充分搅拌均匀后得到动态水凝胶溶液，即为凝胶材料。
所述步骤1中的PEG采用硫醇封端的4-臂聚(乙二醇)。
所述步骤1中PEG的分子量为3000。
所述步骤1中PEG的浓度为40％。
所述步骤1中的硫酸钡的含量为25％。
所述步骤2中的含金水溶液的HAuCl4浓度为0.3M。
所述步骤3中的PEG水溶液与含金水溶液的体积比为9:1。
实施例3
一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，其特征在于：所述凝胶材料的制备方法按照如下步骤：
步骤1，将PEG加入去离子水中，搅拌均匀后加入硫酸钡分散剂，配制成PEG水溶液；
步骤2，将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；
步骤3，将含金水溶液缓慢加入至PEG水溶液中，充分搅拌均匀后得到动态水凝胶溶液，即为凝胶材料。
所述步骤1中的PEG采用硫醇封端的4-臂聚(乙二醇)。
所述步骤1中PEG的分子量为2500。
所述步骤1中PEG的浓度为30％。
所述步骤1中的硫酸钡的含量为20％。
所述步骤2中的含金水溶液的HAuCl4浓度为0.25M。
所述步骤3中的PEG水溶液与含金水溶液的体积比为7:1。
性能测试如下：
生物相容性：按照国家医疗器械生物学评价标准(GBT16886)所要求的方法，培养2d后的细胞增殖率为基准。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明基于于动态共价化学反应方法，利用常规并安全的原料，制备出强度及生物相容性都被认可的动态凝胶。
2.本发明制备的凝胶材料不仅具有自修复功能，也具有频率依赖的减震作用。
3.本发明制备的凝胶材料在大力冲击时其强度会快速增加，适合作为脊柱填充保护凝胶。
4.本发明采用硫酸钡作为分散剂，利用硫酸钡的粒径空间，能够对PEG分子间产生空间位阻作用，能够提高PEG的分散性，防止其絮凝团聚。
5.本发明采用四氯金酸的水溶液作为催化剂能够良好的刺激共价键的产生与断裂，能够起到良好的促进反应的作用，同时共价键还存在逆向反应，通过双向反应能够形成自修复的能够力，大大提高了持续性。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种可注射的用于脊柱修复的凝胶材料，其特征在于：所述凝胶材料的制备方法按照如下步骤：
步骤1，将PEG加入去离子水中，搅拌均匀后加入硫酸钡分散剂，配制成PEG水溶液；
步骤2，将HAuCl4加入去离子水中，配制成含金水溶液；
步骤3，将含金水溶液缓慢加入至PEG水溶液中，充分搅拌均匀后得到动态水凝胶溶液，即为凝胶材料；
所述步骤1中的PEG采用硫醇封端的4-臂聚(乙二醇)；PEG的分子量为2000-3000；PEG的浓度为25-40％；硫酸钡的含量为15-25％；
所述步骤2中的含金水溶液的HAuCl4浓度为0.2M-0.3M；
所述步骤3中的PEG水溶液与含金水溶液的体积比为4-9:1。
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