CN108853597A - 一种粘性水凝胶及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘性水凝胶及其制备和应用。该粘性水凝胶包括3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4‑二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物；具备强粘性、可注射性、生物相容性、多孔性以及原位成胶性，旨在解决现有水凝胶作为软骨组织工程材料易从缺损部位流失、机械强度欠缺、注射成胶慢等问题，可以直接作为软骨修复材料，也可以用于制备软骨修复材料，具有良好的临床应用前景。该粘性水凝胶制备方法简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。

Description

一种粘性水凝胶及其制备和应用
技术领域
本发明涉及水凝胶领域，特别涉及一种粘性水凝胶及其制备和应用。
背景技术
临床上，软骨损伤以及退行性软骨疾病的发病率越来越高，而软骨是一种高度分化的结缔组织，由于其独特的无血管和淋巴管结构，营养液主要来自滑液和软骨下血管，尤以前者为主要来源，且软骨细胞埋于稠厚的细胞外环境中，缺乏迁徙能力，自愈能力有限，因此软骨缺损修复能力很差，目前软骨缺损修复仍然是一个医学难题。随着生物医学工程的发展，研究者将软骨组织工程的概念引入至软骨缺损修复中。水凝胶中含有大量的水分，由于其柔软，可形成三维网络结构利于营养物质的输送以及代谢产物的输出，有良好的生物相容性，是软骨组织工程的理想材料。
目前研究者开发的现有水凝胶在用于软骨缺损修复时往往存在组织黏附性不佳、易从软骨缺损部位流失的缺陷。水凝胶如果具备粘附性能，则可以作为“胶水”，粘结软骨组织与支架材料，防止材料流失，减少或取消临床上粘结胶的使用。使用单纯壳聚糖水凝胶作为软骨缺损修复的支架材料，发现壳聚糖的组织黏附性可以促进水凝胶与软骨缺损部位的粘结，但是，壳聚糖的组织黏附性还不够理想(Hoemann CD,Sun J,LégaréA,McKee MD,Buschmann MD.Tissue engineering of cartilage using an injectable and adhesivechitosan-based cell-delivery vehicle.Osteoarth Cartilage.13(4):318-329.)。随后研究者在壳聚糖的基础上开发了多种适于软骨修复的水凝胶，例如：公开号CN105268028A的中国专利申请公开了一种软骨组织工程支架，包括壳聚糖水凝胶外骨架，包覆在壳聚糖水凝胶外骨架中的至少一个表面修饰有骨髓间充质干细胞亲和肽的脱钙皮质骨基质微球；其具有良好的流变性、易塑性、生物力学强度、以及特异性地富集骨髓间充质干细胞的性能，从而能够适用于形状各异的软骨缺损区，且效果持久。公开号CN105944149A的中国专利申请公开了一种可吸收软骨修复系统，该系统由可吸收软骨修复支架和自体血组成，在人体生理温度37℃下成凝胶状，修补于软骨缺损部位，实现软骨组织的修复；其可吸收软骨修复支架的主要成分包括壳聚糖、甘油磷酸盐、pH值调节剂、渗透压调节剂和水。现有技术并没有针对壳聚糖水凝胶的粘性进行改进，目前还没有具备足够粘性的水凝胶可用于临床软骨缺损的修复。因此，开发一种具有强组织粘附性以及优异机械强度的新型可注射水凝胶作为软骨缺损修复的支架材料是非常必要的。
发明内容
本发明提供了一种粘性水凝胶，包括邻苯二酚基团修饰的多糖高分子以及无机纳米粒子，邻苯二酚基团修饰的多糖高分子与无机纳米粒子通过物理作用力交联，具备强粘性、可注射性、生物相容性、多孔性以及原位成胶性，旨在解决现有水凝胶作为软骨组织工程材料易从缺损部位流失、机械强度欠缺、注射成胶慢等问题，具有良好的临床应用前景。
本发明还提供了所述粘性水凝胶的制备方法，该方法简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。
一种粘性水凝胶，包括3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖(即邻苯二酚基团修饰的多糖高分子)、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；
所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4-二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物。
本发明通过结合多糖天然高分子材料中引入邻苯二酚基团以及无机纳米粒子，利用邻苯二酚基团提高水凝胶的组织黏附性，同时3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖中邻苯二酚基团中的羟基结构也可与多糖表面的羟基、氨基形成氢键作用，促进水凝胶的快速交联；无机纳米粒子作为一种无机纳米成分，本身具有一定的粘性作用，且对水凝胶起到无机杂化的作用，可作为交联剂，同时无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的主链使3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构，与3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖协同作用可有效提高水凝胶的组织粘附性和机械性能，并延长水凝胶的降解时间；从而得到一种具有强组织粘附性、优异机械强度、凝胶成形时间短、降解时间长、可注射性以及生物相容性好的水凝胶，为临床软骨缺损的修复提供一种新的材料基础。
所述3,4-二羟基苯基类化合物为3,4-二羟基苯基丙酸、3,4-二羟基苯基丙氨酸或者3,4-二羟基苯甲酸；不仅能够提供3,4-二羟基苯基官能团，而且保证了3,4-二羟基苯基官能团与多糖主链间由一个碳链、三个碳链或者带氨基的三个碳链连接，结合无机纳米粒子对多糖主链的物理交联，显著提高了水凝胶的粘性并减少了成胶时间。
本发明粘性水凝胶由3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖和无机纳米粒子在成胶溶液尤其是水性成胶溶液中交联而成。
为了达到更好的技术效果，进行以下优选：
所述粘性水凝胶中，3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的浓度为50mg/mL-300mg/mL，无机纳米粒子的重量百分浓度为5％-30％，进一步优选为10％-30％。所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖以及无机纳米粒子浓度范围的水凝胶成胶速度可控，机械性能可控。
所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的接枝度为10％-90％。所述接枝度范围的水凝胶粘性更好，且不影响水凝胶的成胶性能。
所述含氨基和羟基的多糖选用壳聚糖、壳聚糖的衍生物中的一种或者两种。所述壳聚糖的衍生物选用羟甲基壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖中的一种或者多种。所述含氨基和羟基的多糖数均分子量为1kDa-100kDa，进一步优选为8kDa-100kDa。所述多糖分子量范围的水凝胶机械性能更优异。
所述无机纳米粒子选用二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的一种或者两种。所述带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的表面官能团选用羟基、羧基、氨基等中的一种或者多种。二氧化硅纳米粒子的表面羟基、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子的表面官能团可与多糖表面的羟基、氨基形成氢键，二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子可作为交联剂，促进水凝胶的快速形成。
所述无机纳米粒子的粒径为5纳米至500纳米，进一步优选为10纳米-100纳米。所述无机纳米粒子粒径范围合成容易，成胶可控。
所述粘性水凝胶具备良好的生物相容性，可与细胞进行复合，发挥其作用。因此，所述粘性水凝胶还可包含细胞。所述细胞可选用适于软骨缺损修复的各种细胞中的一种或者多种，例如：软骨细胞、干细胞等中的一种或者多种；所述干细胞可选用脐带间充质干细胞、脐血干细胞等中的一种或者多种。所述细胞的用量并没有严格的要求，可根据需要适量加入。
所述成胶溶液用于为3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖和无机纳米粒子提供成凝胶化环境，可选用水凝胶常用的水性成胶溶液，例如可选用水、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、培养基溶液等中的一种或者多种。当所述粘性水凝胶中包含细胞时，所述成胶溶液优选培养基溶液，培养基溶液可根据粘性水凝胶中所复合细胞的种类进行选择，以选择适合所述细胞培养环境的培养基为准。
所述粘性水凝胶中还可包覆一些具有治疗关节软骨的药物，达到药物缓释的效果，制备一种用于软骨缺损修复的药物缓释水凝胶制剂。
所述粘性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供3,4-二羟基苯基类化合物，与含氨基和羟基的多糖通过缩合酰化反应使3,4-二羟基苯基类化合物的羧基与多糖的氨基通过酰胺键相连，得到3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖；
(2)3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖与无机纳米粒子在成胶溶液中混合均匀，得到粘性水凝胶。
优选地，步骤(1)中，所述3,4-二羟基苯基类化合物中羧基与多糖中氨基的摩尔比为(0.1-0.9)：1。该用量范围可保证得到的3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的接枝度为10％-90％。
优选地，步骤(1)中，所述缩合酰化反应中使用羧基活化试剂，更利于反应的进行。所述羧基活化试剂选用本领域现有的羧基活化试剂，例如：N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)。
优选地，步骤(1)中，还包括在得到的3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖中加入细胞，然后进行步骤(2)。
优选地，步骤(1)中，还包括在得到的3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖中加入具有治疗关节软骨的药物，然后进行步骤(2)。
优选地，步骤(2)中，先将无机纳米粒子在适量成胶溶液中分散均匀得到分散体系，再将3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖与适量成胶溶液配成的3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖溶液与分散体系混合均匀，得到粘性水凝胶。该步骤可以进一步缩短粘性水凝胶的成形时间。
本发明还提供了所述粘性水凝胶的应用，该粘性水凝胶具有强组织粘附性以及优异机械强度等，可直接注射，可以直接作为软骨修复材料，也可以用于制备软骨修复材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
(1)本发明水凝胶具有强粘性，主要是利用邻苯二酚基团提高水凝胶的组织黏附性，同时3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖中邻苯二酚基团中的羟基结构也可与多糖表面的羟基、氨基形成氢键作用，促进水凝胶的快速交联；无机纳米粒子作为一种无机纳米成分，本身具有一定的粘性作用，且对水凝胶起到无机杂化的作用，可作为交联剂，同时无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的主链使3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构，与3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖协同作用可有效提高水凝胶的组织粘附性和机械性能，并延长水凝胶的降解时间；从而得到一种具有强组织粘附性、优异机械强度、凝胶成形时间短、降解时间长、可注射性以及生物相容性好的水凝胶，为临床软骨缺损的修复提供一种新的材料基础；
(2)本发明的水凝胶具有pH响应性，具有可注射性，可实现水凝胶在软骨缺损修复中的微创治疗；
(3)本发明的水凝胶成分简单，具有良好的生物相容性，可与细胞进行复合，进行软骨缺损修复的治疗；
(4)本发明的水凝胶具备多孔结构，且均在常温下进行，可包覆一些具有治疗关节软骨的药物，达到药物缓释的效果，具备更优的软骨缺损修复的性能；
(5)本发明的水凝胶可原位成胶，治疗一些软骨缺损的不规则伤口。
(6)本发明水凝胶制备方法简单，流程易控，常温反应，反应条件温和，具有很好的产业化前景。
附图说明
图1是本发明粘性水凝胶的结构示意图；其中，CS：3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖高分子链，SiNP：无机纳米粒子。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合附图与实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下实施例中使用的二氧化硅纳米粒子为带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子。带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子可以直接采用市售产品，或者参照文献(W.；Fink,A.；Bohn,E.Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron SizeRange.J.Colloid Interface Sci.1968,26,62-69)制备得到。
实施例1
将体积为216mL的乙醇超声10分钟后，加入10.4g正硅酸乙酯(TEOS)进行超声处理，20分钟后，加入作为催化剂的3.7mL氢氧化铵溶液进行反应，再加入20mL的去离子水，反应60分钟后得到白色浑浊悬浮液，即得到100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子。
将3,4-二羟基苯基丙酸44mg、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)92mg以及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)55mg加入20ml的PBS(pH＝7.2)中，反应1h，再加入羟乙基壳聚糖(数均分子量为80kDa)500mg，3,4-二羟基苯基丙酸中羧基与羟乙基壳聚糖中氨基的摩尔比为0.1：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是3000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖，其中3,4-二羟基苯基丙酸的接枝度为10％。
将100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量水配置3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖溶液，与100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，充分搅拌均匀，60秒形成粘性水凝胶。粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖的最终浓度为100mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为10wt％(重量百分比)。
如图1所示，粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力交联。无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖的多糖主链使3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构。
本发明粘性水凝胶粘弹性的定量测定是通过INSTRON拉伸仪(3365型)，拉伸传感器为100N。使用明胶/戊二醛水凝胶模拟老鼠皮肤。明胶/戊二醛水凝胶制备方法如下：将20wt％明胶水溶液在40℃水浴下进行溶解，置于模具老化24h后，浸入1wt％的戊二醛水溶液中12h，即可得到明胶/戊二醛水凝胶，浸入去离子水中待用。
将所制备的粘性水凝胶切片，长、宽、厚分别为50mm、10mm和4mm。将0.1mL不同浓度组分的粘性水凝胶粘接两块明胶/戊二醛水凝胶，粘接面积为20mm2。粘接后，按压1min后，在INSTRON拉伸仪上进行测试，初始的距离为20mm，拉伸速度为5mm/min。该实施例的粘性水凝胶的粘合强度为182kPa，具有优异的组织粘附性和机械性能。
实施例2
采用商品化的10纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子(KLEBOSOL)。
将3,4-二羟基苯甲酸363mg、EDC 902mg以及NHS 543mg加入20ml的PBS(pH＝7.2)中，反应1h，再加入羟甲基壳聚糖(数均分子量为100kDa)500mg，3,4-二羟基苯甲酸中羧基与羟甲基壳聚糖中氨基的摩尔比为0.9：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是13000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖，其中3,4-二羟基苯甲酸的接枝度为90％。
将10纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量水配置3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖溶液，与10纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，充分搅拌均匀，5秒形成粘性水凝胶。粘性水凝胶中3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖的最终浓度为200mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为30wt％(重量百分比)。
如图1所示，粘性水凝胶中3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力交联。无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖的多糖主链使3,4-二羟基苯甲酸接枝羟甲基壳聚糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构。
该实施例的粘性水凝胶的粘合强度为295kPa，具有优异的组织粘附性和机械性能，检测方法同实施例1。
实施例3
采用商品化的5纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子(KLEBOSOL)。
将3,4-二羟基苯基丙氨酸242mg、EDC 470mg以及NHS 283mg加入20ml的PBS(pH＝7.2)中，反应1h，再加入羧甲基壳聚糖(数均分子量为10kDa)500mg，3,4-二羟基苯基丙氨酸中羧基与羧甲基壳聚糖中氨基的摩尔比为0.5：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是10000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖，其中3,4-二羟基苯基丙氨酸的接枝度为50％。
将5纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量水配置3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖溶液，与5纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，充分搅拌均匀，10秒形成粘性水凝胶。粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖的最终浓度为50mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为30wt％(重量百分比)。
如图1所示，粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力交联。无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖的多糖主链使3,4-二羟基苯基丙氨酸接枝羧甲基壳聚糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构。
该实施例的粘性水凝胶的粘合强度为86kPa，具有优异的组织粘附性和机械性能，检测方法同实施例1。
实施例4
采用商品化的500纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子(KLEBOSOL)。
将3,4-二羟基苯基丙酸141mg、EDC 295mg以及NHS 177mg加入20ml的PBS(pH＝7.2)中，反应1h，再加入壳聚糖(数均分子量为50kDa)500mg，3,4-二羟基苯基丙酸中羧基与壳聚糖中氨基的摩尔比为0.25：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是13000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖，其中3,4-二羟基苯基丙酸的接枝度为25％。
将500纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量阿尔法培养基(Gibco)配置3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖溶液，与500纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，充分搅拌均匀，60秒形成粘性水凝胶。粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的最终浓度为300mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为10wt％。
如图1所示，粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力交联。无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的多糖主链使3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构。
该实施例的粘性水凝胶的粘合强度为105kPa，具有优异的组织粘附性和机械性能，检测方法同实施例1。
实施例5
将体积为92mL的乙醇超声10分钟后，加入12.7g TEOS进行超声处理，20分钟后，加入作为催化剂的27.5mL氢氧化铵溶液进行反应，再加入10mL的去离子水，反应2小时后得到白色浑浊悬浮液，即得到300纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子。
将3,4-二羟基苯基丙酸283mg、EDC 592mg以及NHS 357mg加入20ml的阿尔法培养基(Gibco)中，反应1h，再加入壳聚糖(数均分子量为50kDa)500mg，3,4-二羟基苯基丙酸中羧基与壳聚糖中氨基的摩尔比为0.5：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是13000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖，其中3,4-二羟基苯基丙酸的接枝度为50％。
将300纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量阿尔法培养基(Gibco)配置3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖溶液，与300纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，加入小鼠的软骨细胞ATDC5，充分搅拌均匀，30秒形成粘性水凝胶。粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的最终浓度为300mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为10wt％，软骨细胞ATDC5的最终密度是106个/mL。
如图1所示，粘性水凝胶中3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力交联。无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖的多糖主链使3,4-二羟基苯基丙酸接枝壳聚糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构。
该实施例的粘性水凝胶的粘合强度为120kPa，具有优异的组织粘附性和机械性能，检测方法同实施例1。
对比例1未引入邻苯二酚基团
将体积为216mL的乙醇超声10分钟后，加入10.4g正硅酸乙酯(TEOS)进行超声处理，20分钟后，加入作为催化剂的3.7mL氢氧化铵溶液进行反应，再加入20mL的去离子水，反应60分钟后得到白色浑浊悬浮液，即得到100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子。
将100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子在水中搅拌分散，形成均匀的分散体系。用适量水配置羟乙基壳聚糖(数均分子量为80kDa)溶液，与100纳米带有表面羟基的胶体二氧化硅纳米粒子形成的分散体系混合，充分搅拌均匀，5分钟形成水凝胶。水凝胶中羟乙基壳聚糖的最终浓度为100mg/mL，带有表面羟基的二氧化硅纳米粒子的最终浓度为10wt％(重量百分比)。该对比例的水凝胶的粘合强度为65kPa，检测方法同实施例1。
对比例2未引入无机纳米粒子
将3,4-二羟基苯基丙酸44mg、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)229mg以及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)138mg加入20ml的PBS(pH＝7.2)中，反应1h，再加入羟乙基壳聚糖(数均分子量为80kDa)500mg，3,4-二羟基苯基丙酸中羧基与羟乙基壳聚糖中氨基的摩尔比为0.1：1，反应24h。反应后的混合液使用去离子水，以及分子量是3000的透析袋透析24h，每4h更换一次去离子水。透析后产物冷冻干燥得到3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖，其中3,4-二羟基苯基丙酸的接枝度为10％。
用适量水配置3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖溶液，充分搅拌均匀，不能形成水凝胶，其中3,4-二羟基苯基丙酸接枝羟乙基壳聚糖的最终浓度为100mg/mL。该对比例的溶液也具备粘性，粘合强度为47kPa，检测方法同实施例1。
与对比例1-2中的水凝胶相比，本发明实施例1-5中的粘性水凝胶的成胶时间显著缩短，粘合强度显著增强，表明本发明粘性水凝胶具有成胶时间短、优异的组织粘附性和机械强度等优于现有技术的技术效果。
对8周龄雄性新西兰兔(体重2.5-3kg)进行全身麻醉，无菌条件下右膝内侧髌骨旁切口，打开关节腔，剔除0.5cm*0.5cm大小软骨，分别原位注射本发明实施例1-5的粘性水凝胶，缝合关节腔及皮肤。术后每只兔肌注射40万单位青霉素，连续3天，以防膝关节感染。以不加入支架材料的新西兰兔为对照。逐层缝合伤口，手术后动物不做固定，放回笼中饲养，自由活动。术后28天，实施例组动物切口愈合情况较好，膝关节活动度以及步态正常，关节腔以及缺损已修复；而对照组动物，关节腔仍可见明显缺损。因此，该实施例的粘性水凝胶可有效修复软骨缺损。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种粘性水凝胶，其特征在于，包括3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；
所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4-二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物；
所述3,4-二羟基苯基类化合物为3,4-二羟基苯基丙酸、3,4-二羟基苯基丙氨酸或者3,4-二羟基苯甲酸。
2.根据权利要求1所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述粘性水凝胶中，3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的浓度为50mg/mL-300mg/mL，无机纳米粒子的重量百分浓度为5％-30％。
3.根据权利要求1或2所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的接枝度为10％-90％。
4.根据权利要求1所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述含氨基和羟基的多糖选用壳聚糖、壳聚糖的衍生物中的一种或者两种；
或者，所述无机纳米粒子选用二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的一种或者两种。
5.根据权利要求4所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述壳聚糖的衍生物选用羟甲基壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖中的一种或者多种；
或者，所述带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的表面官能团选用羟基、羧基、氨基中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述无机纳米粒子的粒径为5纳米至500纳米。
7.根据权利要求1或2所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述粘性水凝胶还包含细胞。
8.根据权利要求1-7任一项所述的粘性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供3,4-二羟基苯基类化合物，与含氨基和羟基的多糖通过缩合酰化反应使3,4-二羟基苯基类化合物的羧基与多糖的氨基通过酰胺键相连，得到3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖；
(2)3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖与无机纳米粒子在成胶溶液中混合均匀，得到粘性水凝胶。
9.根据权利要求8所述的粘性水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述3,4-二羟基苯基类化合物中羧基与多糖中氨基的摩尔比为(0.1-0.9)：1。
10.根据权利要求1-7任一项所述的粘性水凝胶在作为软骨修复材料或者制备软骨修复材料中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112587723A (zh) * 2020-11-19 2021-04-02 南京医科大学 一种原位快速成型泌尿系统修复磁水凝胶及其制备方法
WO2021077540A1 (zh) * 2019-10-22 2021-04-29 四川大学华西医院 一种韧性可粘附湿态组织水凝胶敷料盒及其制备方法和用途
WO2022045230A1 (ja) * 2020-08-27 2022-03-03 京セラ株式会社 生体適合性高分子、生体適合性組成物、ゾルまたはゲル、および注射用組成物

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106390185A (zh) * 2016-12-02 2017-02-15 上海其胜生物制剂有限公司 一种生物仿生型组织粘合剂的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106390185A (zh) * 2016-12-02 2017-02-15 上海其胜生物制剂有限公司 一种生物仿生型组织粘合剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN ZHU，等: "Preparation of chitosan/mesoporous silica nanoparticle composite hydrogels for sustained co-delivery of biomacromolecules and small chemical drugs", 《SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021077540A1 (zh) * 2019-10-22 2021-04-29 四川大学华西医院 一种韧性可粘附湿态组织水凝胶敷料盒及其制备方法和用途
WO2022045230A1 (ja) * 2020-08-27 2022-03-03 京セラ株式会社 生体適合性高分子、生体適合性組成物、ゾルまたはゲル、および注射用組成物
JP7516527B2 (ja) 2020-08-27 2024-07-16 京セラ株式会社 生体適合性高分子、生体適合性組成物、ゾルまたはゲル、および注射用組成物
CN112587723A (zh) * 2020-11-19 2021-04-02 南京医科大学 一种原位快速成型泌尿系统修复磁水凝胶及其制备方法

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