CN112898599A - 一种三维网络仿生水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医用材料技术领域，公开了一种三维网络仿生水凝胶及其制备方法和应用。该仿生水凝胶以Alg、GelMA或/和HAMA为链状支架，通过交联剂和金属离子交联而成，该水凝胶具有良好的机械性能可调性、强组织粘附性和快速成胶的特性。该制备方法，制备NB改性的Alg；将Alg‑NB，与GelMA或/和HAMA按照一定的比例混合，并且加入光引发剂，黑暗环境下搅拌至完全溶解；紫外光照射后，得到半成品；最后将半成品浸泡于金属离子溶液中，得到三维网络仿生水凝胶。且该仿生水凝胶能够应用于皮肤创伤修复、止血和软骨缺损修复方面。本发明的三维网络仿生水凝胶具有较好的机械性能。

Description

一种三维网络仿生水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种三维网络仿生水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶可以保持受损组织表面间的潮湿环境、允许气体交换、作为微器官的屏障、清除多余的渗出物、具有良好的生物相容性，能够促进伤口的快速愈合，并易于去除而不造成创伤。因此，在生物医药、组织工程和临床应用获得越来越多的关注。近年来，天然高分子聚合物被广泛应用于制备生物可降解的仿生水凝胶。天然高分子，如胶原、蛋白质(如明胶)、透明质酸(HA)、海藻酸、肝素和硫酸软骨素等，在生物信号和细胞粘附过程中扮演重要角色，可以被细胞降解和重建。然而，这些材料缺乏足够的机械性能、可调结构和降解性，可能会导致潜在的免疫原性反应，从而影响其作为生物材料的应用。
为了开发兼具良好机械性能和生物活性的智能水凝胶，策略之一是通过接枝修饰功能基团和大分子的方式能够实现聚合物之间的交联。例如，利用氨基甲基丙烯酸甲酯修饰透明质酸和甲基丙烯酸甲氧基修饰聚乙二醇得到混合水凝胶，具有快速止血和创伤修复的功能。当不同的聚合物形成相互贯穿的网络结构后，其机械性能大幅度提升。相比于可逆的分子纠缠或物理键连接的聚合物，通过不可逆的共价键交联的水凝胶拥有更强的机械性能，此外，通过共价键使水凝胶于组织结合的方式可以大幅度提升水凝胶-组织的粘附性。因此，开发具有良好生物相容性、强组织粘附性和良好机械性能的水凝胶，并将其应用于组织再生领域是当前研究的热点和难点。
发明内容
为了解决目前的水凝胶的机械强度较弱的问题，本发明提供了一种三维网络仿生水凝胶。
本发明的另一目的是提供一种三维网络仿生水凝胶的制备方法。
本发明的又一目的是提供一种三维网络仿生水凝胶在皮肤创伤修复、止血和软骨缺损修复方面的应用。
本发明提供了一种三维网络仿生水凝胶，所述仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，通过交联剂和金属离子交联而成。
其中“以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架”至少包括三层意思，分别是：以海藻酸钠Alg和甲基丙烯酸化明胶GelMA为链状支架；以海藻酸钠Alg和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架；以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架。
其中，甲基丙烯酸化明胶GelMA能够通过购买得到，具体为通过甲基丙烯酸酐(MA)接枝明胶Gel，以得到甲基丙烯酸化明胶GelMA，所以能够通过控制MA化率来调控GelMA分子链上-NH2的含量，另外，MA为紫外光响应基团，所以GelMA在光引发剂诱导下能够发生缩聚反应成胶。
甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA能够通过购买得到，，具体为通过甲基丙烯酸酐(MA)接枝透明质酸HA，以得到甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA，所以能够通过控制MA化率可以调控HAMA分子链上-NH2的含量，另外，MA为紫外光响应基团，所以HAMA在光引发剂诱导下能够发生缩聚反应成胶。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的进一步改进之处在于，所述交联剂包含氨基-NH2和功能基，所述交联剂的氨基-NH2能够与海藻酸钠Alg中的羧基-COOH进行酰胺反应使所述交联剂接枝到所述海藻酸钠Alg上，所述功能基在光照刺激下能够生成羰基-C＝O，进而能够与GelMA上的氨基和/或HAMA上的氨基进行席夫碱反应，使海藻酸钠Alg与GelMA和/或HAMA交联。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的进一步改进之处在于，所述交联剂为N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB。
根据链状支架的不同，在具体实施例中，三维网络仿生水凝胶至少包括以下三种：
第一种：一种三维网络仿生水凝胶，该仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA为链状支架，通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB将海藻酸钠Alg和甲基丙烯酸化明胶GelMA进行交联形成二维网络仿生水凝胶，再通过金属钙离子使海藻酸钠Alg发生内部交联将二维网络仿生水凝胶转变成三维网络仿生水凝胶。
第二种：一种三维网络仿生水凝胶，该仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB将海藻酸钠Alg和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA进行交联形成二维网络仿生水凝胶，再通过金属钙离子使海藻酸钠Alg发生内部交联将二维网络仿生水凝胶转变成三维网络仿生水凝胶。
第三种：一种三维网络仿生水凝胶，该仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB将海藻酸钠Alg分别与甲基丙烯酸化明胶GelM、甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA进行交联形成二维网络仿生水凝胶，再通过金属钙离子使海藻酸钠Alg发生内部交联将二维网络仿生水凝胶转变成三维网络仿生水凝胶。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的进一步改进之处在于，所述金属离子为能够溶于水的钙盐。
本发明还提供了一种三维网络仿生水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
制备通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB改性的海藻酸钠Alg，记为Alg-NB；
将Alg-NB，与甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA按照一定的比例混合，并且加入光引发剂，黑暗环境下搅拌至完全溶解；紫外光照射后，得到半成品；最后将半成品浸泡于金属离子溶液中，得到三维网络仿生水凝胶。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的制备方法的进一步改进之处在于，所述制备通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB改性的海藻酸钠Alg，具体包括如下步骤：
将海藻酸钠Alg溶解与pH为5～6的2-(N-吗啡)乙磺酸-水合物缓冲溶液中，得到组分I；
将光敏化合物N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB溶解与有机溶剂中，得到组分II；
25℃～40℃下，将组分I与组分II混合，得到混合体系；向混合体系中分批次加入4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐，充分反应后，透析，冷冻干燥后，得到通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯改性的海藻酸钠，记录为Alg-NB。
所述透析的过程包括：用用0.1M，pH＝3.5的NaCl溶液透析1d～3d，然后用去离子水透析1d～3d，冷冻干燥后获得Alg-NB，黑暗密封保存。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的制备方法的进一步改进之处在于，所述GelMA或/和HAMA、Alg-NB和光引发剂的质量比为：1wt％～10wt％：2wt％～20wt％：0.01wt％～0.2wt％。
上述至少包括三层意思，分别是：
第一种意思：GelMA、Alg-NB和光引发剂的质量比为：2wt％～20wt％：1wt％～10wt％：0.01wt％～0.2wt％；
第二种意思：HAMA、Alg-NB和光引发剂的质量比为：2wt％～20wt％：1wt％～10wt％：0.01wt％～0.2wt％；
第三种意思：GelMA和HAMA的混合物、Alg-NB和光引发剂的质量比为：2wt％～20wt％：1wt％～10wt％：0.01wt％～0.2wt％。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的制备方法的进一步改进之处在于，光引发剂为LAP。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的制备方法的进一步改进之处在于，所述金属离子为能够溶于水的钙盐，所述钙盐与GelMA或/和HAMA的质量比为1：10％～30％。
“钙盐与GelMA或/和HAMA的质量比为1：10％～30％”至少包括三层意思：
第一种意思：钙盐与GelMA的质量比为1：10％～30％；
第二种意思：钙盐与HAMA的质量比为1：10％～30％；
第三种意思：GelMA和HAMA的混合物与钙盐的质量比为10％～30％：1。
对本发明的三维网络仿生水凝胶的制备方法的进一步改进之处在于，所述紫外光照射的条件为10mW/cm2～500mW/cm2、360nm～400nm的紫外光照射10s～120s。
本发明还提供了一种三维网络仿生水凝胶在皮肤创伤修复、止血和软骨缺损修复方面的应用。
与现有技术相比，采用上述方案本发明的有益效果为：
因为本发明的仿生水凝胶采用的是以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，而海藻酸钠、明胶Gel和透明质酸HA在生物信号和细胞粘附过程具有重要的作用，且能够被细胞降解和重建，所以本发明的水凝胶具有仿生性能。因为本发明通过交联剂和金属离子将海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA进行交联形成三维网络结构，所以具有较好的机械性能。
附图说明
图1是本发明的实施例1-实施例3的反应原理图；
图2是本发明实施例1制备得到的三维网络仿生水凝胶GelMA/Alg-NB/LAP的流变力学测试结果；
图3是本发明对比例1制备得到的GelMA/Alg-NB水凝胶的流变力学测试结果；
图4是本发明对比例2制备得到的GelMA/LAP水凝胶的流变力学测试结果；
图5是本发明对比例3制备得到的GelMA/Alg/LAP水凝胶的流变力学测试结果；
图6是本发明实施例1制备得到的三维网络仿生水凝胶GelMA/Alg-NB/LAP的组织粘附性和抗拉性测试结果。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点等，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种三维网络仿生水凝胶，仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，通过交联剂和金属离子交联而成。
在本发明中交联剂优选为含有能够与海藻酸钠Alg的-COOH进行酰胺化反应的氨基，以及光敏集团，光敏集团能够在光照刺激下与GelMA或/和HAMA上的氨基进行席夫碱反应以形成二维网络仿生水凝胶；金属离子与海藻酸钠Alg上的-COOH之间形成范德华力使二维网络仿生水凝胶转变成三维网络仿生水凝胶。
在具体实施中，交联剂优选为N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB。
在具体实施中，金属离子优选为能够溶于水的钙盐。优选的，钙盐为氯化钙。
本发明还提供了一种三维仿生水凝胶的制备方法，该方法包括：
制备通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB改性的海藻酸钠Alg，记为Alg-NB；此时NB上的-NH2可与Alg上的-COOH通过酰胺反应结合，实现将NB接枝到Alg上，得到Alg-NB；
如图1所示，将通过Alg-NB，与甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA按照一定的比例混合，并且加入光引发剂，黑暗环境下搅拌至完全溶解；紫外光照射，此时NB的光敏集团(羟甲基)在紫外光照的作用下变成-C＝O，生成的-C＝O可与GelMA或/和HAMA上氨基发生席夫碱反应，实现了Alg与GelMA或/和HAMA的交联，得到半成品，即二维网络仿生水凝胶；最后将半成品浸泡于金属离子溶液中，金属离子带正电荷，与Alg上带有负电荷的-COO-形成范德华力，进而得到三维网络仿生水凝胶。
若将上述的三维网络仿生水凝胶用于皮肤创伤修复、止血和软骨缺损修复方面，因为组织上也具有-NH2，所以NB在紫外光照的作用下生成的-C＝O也会与组织上的-NH2，发生席夫碱反应，这样增加了水凝胶与组织之间的组织粘附性。
下面以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA为链状支架，通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB和金属离子交联制备三维网络仿生水凝胶GelMA/Alg-NB/LAP为例进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种三维网络仿生水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1、Alg-NB的制备：将1g Alg溶于100mL pH＝5.3的0.01mol/L 2-(N-吗啡)乙磺酸-水合物(MES)缓冲溶液中，35℃下反应；待Alg溶解完全后取60mg NB溶于10mL二甲基亚砜(DMSO)，加入反应体系；再取1.2g 4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(DMTMM)，分三次加入体系中，每次间隔0.75h，最后一次加入DMTMM后三小时结束反应；用0.1M的NaCl溶液(pH＝3.5)透析2d，然后用去离子水透析2d，冷冻干燥后获得Alg-NB，黑暗密封保存。
步骤2、GelMA/Alg-NB/LAP：将GelMA(10wt％)、Alg-NB(2wt％)、光引发剂LAP(0.1wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB/LAP溶液，以60mW/cm2的365nm的紫外光照射60s，再浸泡于CaCl2溶液中(CaCl2与GelMA的质量比为1：13％)，获得三维网络仿生水凝胶GelMA/Alg-NB/LAP。
对比例1
本对比例提供了GelMA/Alg-NB水凝胶的制备方法，该方法与实施例1的区别在于步骤2，即本对比例的步骤2中没有加入光引发剂LAP，具体为：
将GelMA(10wt％)、Alg-NB(2wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB溶液，以60mW/cm2的365nm的紫外光照射60s后，得到GelMA/Alg-NB水凝胶。
对比例2
本对比例提供了GelMA//LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(10wt％)、光引发剂LAP(0.1wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/LAP溶液，以60mW/cm2的365nm的紫外光照射60s后成胶，获得GelMA/LAP水凝胶。
对比例3
本对比例GelMA/Alg/LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(10wt％)、Alg(2wt％)和光引发剂LAP(0.1wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg/LAP溶液，以60mW/cm2的365nm的紫外光照射60s成胶，获得GelMA/Alg/LAP水凝胶。
如图2所示，实施例1制得的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶的流变力学测试结果表明，GelMA/Alg-NB/LAP的成胶时间为1.74s，最终的存储模量为14628.6Pa。
如图3所示，对比例1制得的GelMA/Alg-NB水凝胶的流变力学测试结果表明，GelMA/Alg-NB水凝胶的成胶时间为11.05s，最终的存储模量为1632.0Pa。
图4所示，对比例2制得GelMA//LAP水凝胶的流变力学测试结果表明，GelMA/LAP的成胶时间为1.25s，最终的存储模量为3466.6Pa。
图5所示，对比例3制得GelMA/Alg/LAP水凝胶的流变力学测试结果表明，GelMA/Alg/LAP的成胶时间为1.26s，最终的存储模量为2994.7Pa。
表1实施例1和对比例1-对比例3的成胶时间和最终存储模量
Figure BDA0002928848950000091
对比例1的数据说明GelMA与Alg-NB在紫外光诱导下能够通过席夫碱反应成胶；对比例2的数据说明GelMA在紫外光诱导下能够通过缩聚反应成胶；将对比例3的数据与对比例2的数据相比较说明Alg的加入并不会影响水凝胶快速成胶的特性。实施例1的数据说明本发明的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶保持了快速成胶的特性，并且其存储模量，即机械性能得到显著性提高。此外，对实施例1的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶做了组织粘附性和抗拉性测试，结构如图6所示，说明本发明的水凝胶在紫外光照刺激下能够很好的成胶。因为在拉伸的过程中，水凝胶没有与手指脱落，所以也反应了本发明的水凝胶与组织有着良好的粘附性；因为拉伸的水凝胶没有断，所以说明本发明的水凝胶具有良好的抗拉性。
实施例2
1)Alg-NB的制备：将1g Alg溶于100mL pH＝5的0.01mol/L 2-(N-吗啡)乙磺酸-水合物(MES)缓冲溶液中，35℃下反应；待Alg溶解完全后取60mg NB溶于10mL二甲基亚砜(DMSO)，加入反应体系；再取1.2g 4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(DMTMM)，分三次加入体系中，每次间隔0.5h，最后一次加入DMTMM后三小时结束反应；用0.1M的NaCl溶液(pH＝3.5)透析1d，然后用去离子水透析3d，冷冻干燥后获得Alg-NB，黑暗密封保存。
2)GelMA/Alg-NB/LAP：将GelMA(2wt％)、Alg-NB(1wt％)、LAP(0.01wt％)按一定比例混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB/LAP溶液，以500mW/cm2的400nm的紫外光照射120s，再浸泡于CaCl2溶液中(CaCl2与GelMA的质量比为30％)，获得GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶。
对比例4
本对比例提供了GelMA/Alg-NB水凝胶的制备方法，该方法与实施例2的区别在于步骤2。即本对比例的步骤2中没有加入光引发剂LAP，具体为：
将GelMA(2wt％)、Alg-NB(1wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB溶液，以500mW/cm2的400nm的紫外光照射120s后，得到GelMA/Alg-NB水凝胶。
对比例5
本对比例提供了GelMA//LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(2wt％)、光引发剂LAP(0.01wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/LAP溶液，以500mW/cm2的400nm的紫外光照射120后成胶，获得GelMA/LAP水凝胶。
对比例6
本对比例GelMA/Alg/LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(2wt％)、Alg(1wt％)和光引发剂LAP(0.01wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg/LAP溶液，以500mW/cm2的400nm的紫外光照射120后成胶，获得GelMA/Alg/LAP水凝胶。
分别测试了实施例2、对比例4、对比例5和对比例6的水凝胶的成胶时间和最终存储模量，结果如表2。
表2实施例2和对比例4-对比例6的成胶时间和最终存储模量
Figure BDA0002928848950000101
Figure BDA0002928848950000111
对比例4的数据说明GelMA与Alg-NB在紫外光诱导下能够通过席夫碱反应成胶；对比例5的数据说明GelMA在紫外光诱导下能够通过缩聚反应成胶；将对比例6的数据与对比例5的数据相比较说明Alg的加入并不会影响水凝胶快速成胶的特性。实施例2的数据说明本发明的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶保持了快速成胶的特性，并且其存储模量，即机械性能得到显著性提高。此外，对实施例2的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶做了组织粘附性和抗拉性测试，结果说明本发明的水凝胶在紫外光照刺激下能够很好的成胶。因为在拉伸的过程中，水凝胶没有与手指脱落，所以也反应了本发明的水凝胶与组织有着良好的粘附性；因为拉伸的水凝胶没有断，所以说明本发明的水凝胶具有良好的抗拉性。
实施例3
1)Alg-NB的制备：将1g Alg溶于100mL pH＝6的0.01mol/L 2-(N-吗啡)乙磺酸-水合物(MES)缓冲溶液中，35℃下反应；待Alg溶解完全后取60mg NB溶于10mL二甲基亚砜(DMSO)，加入反应体系；再取1.2g 4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(DMTMM)，分三次加入体系中，每次间隔1h，最后一次加入DMTMM后三小时结束反应；用0.1M的NaCl溶液(pH＝3.5)透析3d，然后用去离子水透析1d，冷冻干燥后获得Alg-NB，黑暗密封保存。
2)GelMA/Alg-NB/LAP:将GelMA(20wt％)、Alg-NB(10wt％)、LAP(0.2wt％)按一定比例混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB/LAP溶液，以10mW/cm2的360nm的紫外光照射10s，再浸泡于CaCl2溶液中(CaCl2与GelMA的质量比为10％)，获得GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶。
对比例7
本对比例提供了GelMA/Alg-NB水凝胶的制备方法，该方法与实施例3的区别在于步骤2。即本对比例的步骤2中没有加入光引发剂LAP，具体为：
将GelMA(20wt％)、Alg-NB(10wt％)按一定比例混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg-NB溶液，以10mW/cm2的360nm的紫外光照射10s后成胶，得到GelMA/Alg-NB水凝胶。
对比例8
本对比例提供了GelMA//LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(20wt％)、光引发剂LAP(0.2wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/LAP溶液，以10mW/cm2的360nm的紫外光照射10s后成胶，获得GelMA/LAP水凝胶。
对比例9
本对比例GelMA/Alg/LAP水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
将GelMA(20wt％)、Alg(10wt％)和光引发剂LAP(0.2wt％)混合，黑暗下搅拌至完全溶解后获得GelMA/Alg/LAP溶液，以10mW/cm2的360nm的紫外光照射10s后成胶，获得GelMA/Alg/LAP水凝胶。
分别测试了实施例3、对比例7、对比例8和对比例9的水凝胶的成胶时间和最终存储模量，结果如表3。
表3实施例3和对比例7-对比例9的成胶时间和最终存储模量
Figure BDA0002928848950000121
对比例7的数据说明GelMA与Alg-NB在紫外光诱导下能够通过席夫碱反应成胶；对比例8的数据说明GelMA在紫外光诱导下能够通过缩聚反应成胶；将对比例9的数据与对比例8的数据相比较说明Alg的加入并不会影响水凝胶快速成胶的特性。实施例3的数据说明本发明的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶保持了快速成胶的特性，并且其存储模量，即机械性能得到显著性提高。此外，对实施例3的GelMA/Alg-NB/LAP水凝胶做了组织粘附性和抗拉性测试，结果说明本发明的水凝胶在紫外光照刺激下能够很好的成胶。因为在拉伸的过程中，水凝胶没有与手指脱落，所以也反应了本发明的水凝胶与组织有着良好的粘附性；因为拉伸的水凝胶没有断，所以说明本发明的水凝胶具有良好的抗拉性。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的母体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维网络仿生水凝胶，其特征在于，所述仿生水凝胶以海藻酸钠Alg、甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA为链状支架，通过交联剂和金属离子交联而成。
2.根据权利要求1所述的三维网络仿生水凝胶，其特征在于，所述交联剂为N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB。
3.根据权利要求1所述的三维网络仿生水凝胶，其特征在于，所述金属离子为能够溶于水的钙盐。
4.一种权利要求2所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
制备通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB改性的海藻酸钠Alg，记为Alg-NB；
将Alg-NB与甲基丙烯酸化明胶GelMA或/和甲基丙烯酸化的透明质酸HAMA按照一定的比例混合，并加入光引发剂，黑暗环境下搅拌至完全溶解；紫外光照射后，得到半成品；最后将半成品浸泡于金属离子溶液中，得到三维网络仿生水凝胶。
5.根据权利要求4所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB改性的海藻酸钠Alg，具体包括如下步骤：
将海藻酸钠Alg溶解与pH为5～6的2-(N-吗啡)乙磺酸-水合物缓冲溶液中，得到组分I；
将N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯NB溶解与有机溶剂中，得到组分II；
25℃～40℃下，将组分I与组分II混合，得到混合体系；向混合体系中分批次加入4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐，充分反应后，透析，冷冻干燥后，得到通过N-(2-胺乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-硝基苯氧基)丁酸甲酯改性的海藻酸钠，记录为Alg-NB。
6.根据权利要求5所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，所述透析的过程包括：用0.1M，pH＝3.5的NaCl溶液透析1d～3d，然后用去离子水透析1d～3d，冷冻干燥后获得Alg-NB，黑暗密封保存。
7.根据权利要求5所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，所述GelMA或/和HAMA、Alg-NB和光引发剂的质量比为：2wt％～20wt％：1wt％～10wt％：0.01wt％～0.2wt％。
8.根据权利要求5所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，所述金属离子为能够溶于水的钙盐，所述钙盐与GelMA或/和HAMA的质量比为1：10％～30％。
9.根据权利要求4-8任一项所述的三维网络仿生水凝胶的制备方法，其特征在于，所述紫外光照射的条件为10mW/cm2～500mW/cm2、360nm～400nm的紫外光照射10s～120s。
10.一种如权利要求1-3任一项所述的三维网络仿生水凝胶在皮肤创伤修复、止血和软骨缺损修复方面的应用。
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