CN113456895B - 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113456895B
CN113456895B CN202110821618.4A CN202110821618A CN113456895B CN 113456895 B CN113456895 B CN 113456895B CN 202110821618 A CN202110821618 A CN 202110821618A CN 113456895 B CN113456895 B CN 113456895B
Authority
CN
China
Prior art keywords
collagen
solution
gelma
gelatin
repair material
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.)
Active
Application number
CN202110821618.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113456895A (zh
Inventor
任力
杨向璟
孙晓敏
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.)
Guangzhou Pudao Lianxin Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Guangzhou Pudao Lianxin Biotechnology Co ltd
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 Guangzhou Pudao Lianxin Biotechnology Co ltd filed Critical Guangzhou Pudao Lianxin Biotechnology Co ltd
Priority to CN202110821618.4A priority Critical patent/CN113456895B/zh
Publication of CN113456895A publication Critical patent/CN113456895A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113456895B publication Critical patent/CN113456895B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/24—Collagen
    • 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
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/227—Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
    • 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
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • 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
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • A61L2300/254—Enzymes, proenzymes
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/16—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of eye parts, e.g. intraocular lens, cornea

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种GelMA‑胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用。角膜修复材料的制备方法包括如下步骤:S1.将溶菌酶溶液和甲基丙烯酰化明胶溶液混合均匀，加入交联剂进行交联，得到交联产物；S2.将交联产物与胶原溶液共混，加入交联剂进行交联，再加入光引发剂，室温下避光反应得到均匀且无气泡的混合溶液；S3.将S2混合溶液在紫外交联，风干成膜即可得到GelMA‑胶原双网络抗菌角膜修复材料。本发明的GelMA‑胶原双网络抗菌角膜修复材料具有良好的生物相容性和可生物降解性，具有层状结构，光学透过性和含水性能好，且具有一定的力学性能，手术线进行缝合时不会造成撕裂，角膜修复材料还对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抑制作用，具有优异的抗菌性能。

Description

一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，更具体地，涉及一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用。
背景技术
角膜疾病是一种十分常见的眼科病，是主要的致盲眼病之一，目前治疗角膜盲最有效的方法是角膜移植手术。据报道，全球大约有1500万患者需要进行角膜移植手术，然而，当下全世界的供体角膜数量严重短缺，因此用于替代供体角膜的角膜修复材料的研发就显得十分必要。
适宜的角膜修复材料应具有与健康人角膜相匹配的含水率、透光性、透氧性和离子透过率，从而满足角膜透明性和眼部营养物质交换的需求，用于角膜移植的角膜修复材料要能够耐受手术操作及缝线拉扯，所以修复材料还需要良好的力学性能。材料植入体内后需要能够稳定存在且对组织细胞无不良影响，故还需要良好的生物安全性和生物相容性。微生物感染是角膜移植术后较常见的并发症，一旦发生将严重影响修复效果，因此修复材料具有抗菌功能能够有效避免术后感染，保证材料的修复效果。目前的角膜修复材料主要包括羊膜、脱细胞角膜基质、人工角膜和胶原基角膜等。这些材料分别有疾病传播风险、免疫原性、易诱发并发症及力学性能不足的问题。好的角膜修复材料要在理化性能上满足要求，在实际修复中达到良好的上皮与基质修复效果，还要不易发生术后感染以保障修复效果。如何制备得到一种既具有足够力学强度耐受手术缝合、又具有良好的生物相容性且能有效避免术后感染的角膜修复材料，成为了本领域仍待解决的技术问题。
CN103272268A公开了一种抗菌角膜修复材料及其制备方法，抗菌角膜修复材料的制备方法包括如下步骤：(1)将从牛跟腱中提取的Ι型胶原纯化，用乙酸或盐酸溶液配制浓度为6.0～10.0mg/ml的胶原溶液；(2)将胶原溶液浇铸到角膜修复材料成型模具中，在室温条件下自然风干成膜；(3)将步骤(2)所得的胶原膜浸泡到浓度为5.0～25.0mg/ml的抗生素溶液中，搅拌使膜与溶液充分接触；然后向上述溶液中加入交联剂和催化剂，搅拌发生交联反应；(4)将步骤(3)所得的交联膜材料取出，用去离子水冲洗3～5次，然后在室温条件下自然风干，即得到抗菌角膜修复材料。上述抗菌角膜修复材料主要是通过浸润交联抗生素来提高角膜修复材料的抗菌性能，但抗生素的频繁或其他不当使用会导致病原体产生耐药性，最终可能无法有效抑制细菌感染，直接影响角膜修复材料的安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的角膜修复材料不耐手术缝合和术后易发生感染的缺陷和不足，提供一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料，通过胶原交联形成第一层交联网络，甲基丙烯酰化明胶聚合形成第二层交联网络结构，两层网络结构相互交联，进一步嵌入抗菌剂溶菌酶，综合提升了材料的力学性能、透光性和抗菌性，解决了现有角膜修复材料不耐手术缝合和术后易感染的问题。
本发明的目的是提供一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料在人工角膜制备中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种人工角膜。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将溶菌酶溶液和甲基丙烯酰化明胶溶液混合均匀，加入交联剂进行交联，在20～25℃条件下反应2～4小时，得到交联产物；
S2.将S1的交联产物与胶原溶液共混，加入交联剂进行交联，在2～6℃下反应2～4小时，再加入光引发剂，室温下避光反应20～30小时，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S3.将S2的混合溶液在紫外光照射下交联3～5分钟，风干成膜即可得到GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料，
其中，S1中溶菌酶和甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:(6～10)
S2中混合溶液中甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:(1～6)。
其中需要说明的是：
溶菌酶溶液为将溶菌酶用水配制成溶菌酶溶液，溶菌酶是一种天然的抗菌剂，它通过破坏细菌细胞壁来杀死细菌。溶菌酶广泛存在于人体体液中，在泪液中具有尤其高的含量，因此其能够作为一种安全有效的抗菌剂应用于抗菌角膜修复材料的制备。
甲基丙烯酰化明胶溶液为将甲基丙烯酰化明胶用水配制成甲基丙烯酰化明胶溶液；
胶原溶液为将胶原用盐酸溶液或乙酸溶液配制成胶原溶液，所用盐酸溶液的摩尔浓度为0.001～0.01mol/L，乙酸溶液的摩尔浓度为0.05～0.15mol/L。
明胶是胶原的水解产物，生物相容性好，其主链上具有RGD序列及基质金属蛋白酶(MMP序列)，能够促进细胞黏附与组织重塑。甲基丙烯酰化明胶(GelMA)由明胶与甲基丙烯酸酐化学改性制得，具有大量双键侧基，保留明胶固有的生物学特性的同时，能够通过光交联形成网络结构，对材料的力学性能实现有效的调控与改善。
溶菌酶是一种天然抗菌剂，也是泪液蛋白的主要组成之一。溶菌酶主要通过水解细菌细胞壁肽聚糖结构中的糖苷键达到抗菌效果，并能够选择性地分解微生物细胞壁而不破坏其他组织，是一种安全的抗菌剂。
胶原(Col)是组成细胞外基质的骨架，也是角膜的主要组成成分。胶原在细胞外基质中构成半晶体的纤维，给细胞供应抗张力和弹性，并在细胞的迁移、发育中起作用。因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性。
本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料利用胶原上的羧基与氨基缩合反应形成第一层交联网络，接着在紫外光条件下引发GelMA(甲基丙烯酰化明胶)双键聚合反应形成第二层交联网络结构，两层网络结构通过胶原上的羧基与部分双键化的GelMA上的氨基联系起来，不是相互独立，网络结构更加稳定，这使该材料的拉伸强度得到提升，并使其能够保持合适的含水率，从而获得更佳的透光性能。进一步以溶菌酶为抗菌剂，嵌入双网络结构中，将其加入复合材料中赋予其优异的抗菌能力。
优选地，S1中溶菌酶溶液的质量体积浓度为10～20mg/mL，以使材料中溶菌酶最终含量能够实现抗菌性能；甲基丙烯酰化明胶溶液的质量体积浓度为100～200mg/mL，该浓度下甲基丙烯酰化明胶溶液具有适当的粘度，利于溶菌酶与甲基丙烯酰化明胶交联反应的进行，并能保证后续该溶液与胶原溶液较好地混合；S2中胶原溶液的质量体积浓度为6.5～7.0mg/mL，该浓度下的胶原溶液更利于操作与后续成型。
优选地，S1中所述交联剂为1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的混合物，此种交联剂能够使溶菌酶上的羧基与甲基丙烯酰化明胶上的氨基交联，实现溶菌酶的有效负载，且该交联剂无细胞毒性。
进一步优选地，S1中甲基丙烯酰化明胶、1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的质量比为6:(1～2):1，以使投入的溶菌酶与甲基丙烯酰化明胶完全交联，保证有足量的溶菌酶负载。
优选地，S2中交联剂为1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的混合物，此种交联剂无细胞毒性，在不影响胶原的生物相容性的基础上能够一定程度提高胶原的拉伸强度。
进一步优选地，S2中胶原、1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的质量比为6:(1～2):1，以使胶原完全交联。
优选地，S2中光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，此种光引发剂适用于水性光固化体系，是一种高效不黄变的紫外光引发剂，且无细胞毒性。光引发剂水溶液的质量体积浓度可以优选为1～10mg/mL。
进一步优选地，2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:(15～25)，以使甲基丙烯酰化明胶充分光固化。
优选地，S1中所述甲基丙烯酰化明胶通过明胶溶液与甲基丙烯酸酐反应得到，其中明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:3～5mL，以得到具有恰当双键接枝率的甲基丙烯酰化明胶。
优选地，S2中所述胶原为从牛跟腱中提取的经纯化过的I型胶原。I型胶原是天然角膜的主要组分，适于用作角膜修复材料；另外，牛跟腱为受力组织，与提取自鼠尾或鱼鳞等组织的胶原相比，该处胶原排列更为紧密，因此提取自牛跟腱的I型胶原具有更好的力学性能以支撑角膜修复材料所需的拉伸强度。
本发明同时保护一种由所述方法制备得到的GelMA-胶原双网络角膜修复材料。
本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料在制备角膜修复产品中的应用也在本发明的保护范围之内。
本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料所使用的制备原料胶原、甲基丙烯酰化明胶、溶菌酶均无毒无害，具有良好的生物相容性和可生物降解，角膜上皮细胞可以在本材料上粘附、增殖。同时，本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料具有层状结构，光学透过性好，含水性能好，且具有一定的力学性能，手术线进行缝合时不会造成撕裂。本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料还具有良好的抗菌性能，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抑制作用，有效降低术后微生物感染的风险。因此，本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料可以完全满足受损角膜组织的修复和替代材料要求，广泛应用于角膜修复产品的制备中。
本发明同时还保护一种角膜修复产品，由所述GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料和其他可接受的原料制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料，采用胶原、甲基丙烯酰化明胶、溶菌酶交联制备得到，材料无毒无害，角膜上皮细胞可以在本材料上粘附、增殖，具有良好的生物相容性并且可生物降解，且本发明的GelMA-胶原双网络角膜修复材料为层状结构，光学透过性好，含水性能好，且具有一定的力学性能，手术线进行缝合时不会造成撕裂，角膜修复材料还对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有抑制作用，有效降低术后微生物感染的风险，具有优异的抗菌性能，完全满足受损角膜组织的修复和替代材料要求。
本发明的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料透光率可达87％，拉伸强度可达0.5MPa以上，且材料无细胞毒性，可降解，抗菌性能优异，有效解决了现有角膜修复材料不耐手术缝合和术后易发生感染的问题。
附图说明
图1实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜断面的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜的光透过性能测试结果。
图3实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜的力学性能测试结果。
图4实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜在胶原酶环境下体外降解性能测试结果。
图5实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜的细胞毒性测试结果。
图6实施例1的GelMA-Col-LZM复合膜的抗菌性能测试结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
其中，本发明的具体性能的检测方法如下：
透光性能检测的具体方法为：
样品膜浸入0.9％的氯化钠注射液中至溶胀平衡，通过紫外可见分光光度计测试样品膜在380nm-780nm可见光波长范围内的透光率。
力学性能-拉伸强度的检测方法为：
将样品膜裁剪为长20mm，宽5mm的矩形样条，浸入0.9％的氯化钠注射液中至溶胀平衡，通过动态热机械分析仪以0.5N/min的速率拉伸样品条，测定样品膜在湿态下的拉伸强度。
降解性能的检测方法为：
降解性能通过样品膜在酶溶液中的剩余质量随时间的变化来评价。将样品膜置于37℃的PBS缓冲液中浸泡至溶胀平衡，称重并记为W0。取出样品膜转移至5U/mLⅠ型胶原酶溶液中，在预设的时间点将样品膜取出，拭干表面水分，称重并记为Wt。通过公式计算样品的剩余质量百分比：剩余质量(％)＝Wt/W0×100％。
细胞毒性的检测方法为：
细胞毒性检测以GB/T 16886.5-2017为标准进行。
抗菌性能的检测方法为：
抗菌性能检测以金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC 6538)和大肠杆菌(E.coli，TOP10)作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表，采用抑菌圈法来评价样品膜的抗菌性能。
实施例1
一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料(GelMA-Col-LZM复合膜，CGL)，制备方法包括以下步骤：
S1.按照溶菌酶与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:10配制两者的共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为1:1)进行交联，溶菌酶-甲基丙烯酰化明胶共混溶液中的甲基丙烯酰化明胶与EDC的质量比为6:1，将加入交联剂后的溶液在25℃搅拌反应3小时，得到交联产物；
S2.按照甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:2将S1中的交联产物与胶原溶液配制成共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为1:1)进行交联，共混溶液中的胶原与EDC的质量比为6:1，将加入交联剂后的溶液在4℃冰箱中搅拌反应4小时；
I2959(光引发剂)用去离子水配制成浓度为10mg/ml的I2959溶液，在按照I2959与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:25加入I2959溶液，在室温下避光搅拌24小时，混合均匀并除去气泡，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S3.将S2的混合溶液倒入模具中，紫外光照射3分钟进行光交联，之后于室温下自然风干成膜，得到Col-GelMA-LZM复合膜，脱除模具，取出复合膜，用去离子水进行多次洗涤，在室温下自然风干，即得到角膜修复材料。
甲基丙烯酰化明胶(GelMA)用去离子水配制成浓度为200mg/mL的甲基丙烯酰化明胶溶液；溶菌酶用去离子水配制成浓度为10mg/mL的溶菌酶溶液；将从牛跟腱中提取的Ι型胶原，用0.01mol/L的盐酸溶液配制浓度为6.5mg/mL的胶原溶液。
其中甲基丙烯酰化明胶通过如下方法制备得到：
将明胶溶于磷酸缓冲盐溶液(pH＝7.4)，按照明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:4mL缓慢向明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐，充分反应后离心取上清液透析，后冻干得到甲基丙烯酰化明胶。
通过对实施例1中的Col-GelMA-LZM复合膜材料进行理化性能表征，可以得出以下结论：
由图1可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料呈层状结构；
由图2可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料的光透过性能良好，甲基丙烯酰化明胶与溶菌酶的加入对光透过性能无较大影响，在大部分波长处透光率可达70％以上；
由图3可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料与Col材料相比，其拉伸强度有所提高；
由图4可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料在最初4小时内降解速率缓慢，50小时后完全降解，而Col材料35小时后即完全降解；
由图5可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料无细胞毒性，第5天时Col-GelMA-LZM复合膜材料的吸光度值高于Col材料，表明复合膜更利于细胞增殖；
由图6可知，Col-GelMA-LZM复合膜材料周围出现明显抑菌区域，表明溶菌酶的加入成功赋予了材料抗菌性能。
实施例2
一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料，制备方法包括以下步骤：
S1.按照溶菌酶与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:8配制两者的共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为1.5:1)进行交联，溶菌酶-甲基丙烯酰化明胶共混溶液中的甲基丙烯酰化明胶与EDC的质量比为4:1，将加入交联剂后的溶液在20℃搅拌反应4小时，得到交联产物；
S2.按照甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:4将S1中的交联产物与胶原溶液配制成共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为1.5:1)进行交联，共混溶液中的胶原与EDC的质量比为4:1，将加入交联剂后的溶液在2℃冰箱中搅拌反应4小时；
I2959(光引发剂)用去离子水配制成浓度为5mg/mL的I2959溶液，按照I2959与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:20加入I2959溶液，再在室温下避光搅拌20小时，混合均匀并除去气泡，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S3.将S2的混合溶液倒入模具中，紫外光照射4分钟进行光交联，之后于室温下自然风干成膜，得到Col-GelMA-LZM复合膜，脱除模具，取出复合膜，用去离子水进行多次洗涤，在室温下自然风干，即得到角膜修复材料。
甲基丙烯酰化明胶(GelMA)用去离子水配制成浓度为100mg/mL的甲基丙烯酰化明胶溶液；溶菌酶用去离子水配制成浓度为15mg/ml的溶菌酶溶液；将从牛跟腱中提取的Ι型胶原，用0.005mol/L的盐酸溶液配制浓度为6.7mg/mL的胶原溶液。
其中甲基丙烯酰化明胶通过如下方法制备得到：
将明胶溶于磷酸缓冲盐溶液(pH＝7.4)，按照明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:5mL缓慢向明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐，充分反应后离心取上清液透析，后冻干得到甲基丙烯酰化明胶。
实施例3
一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料，制备方法包括以下步骤：
S1.按照溶菌酶与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:6配制两者的共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为2:1)进行交联，溶菌酶-甲基丙烯酰化明胶共混溶液中的甲基丙烯酰化明胶与EDC的质量比为3:1，将加入交联剂后的溶液在22℃搅拌反应2小时，得到交联产物；
S2.按照甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:6将S1中的交联产物与胶原溶液配制成共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为2:1)进行交联，共混溶液中的胶原与EDC的质量比为3:1，将加入交联剂后的溶液在6℃冰箱中搅拌反应2小时；
I2959(光引发剂)用去离子水配制成浓度为1mg/mL的I2959溶液，按照I2959与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:15加入I2959溶液，再在室温下避光搅拌30小时，混合均匀并除去气泡，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S3.将S2的混合溶液倒入模具中，紫外光照射4分钟进行光交联，之后于室温下自然风干成膜，得到Col-GelMA-LZM复合膜，脱除模具，取出复合膜，用去离子水进行多次洗涤，在室温下自然风干，即得到角膜修复材料。
甲基丙烯酰化明胶(GelMA)用去离子水配制成浓度为150mg/mL的甲基丙烯酰化明胶溶液；溶菌酶用去离子水配制成浓度为20mg/mL的溶菌酶溶液；将从牛跟腱中提取的Ι型胶原，用0.001mol/L的盐酸溶液配制浓度为7.0mg/mL的胶原溶液。
其中甲基丙烯酰化明胶通过如下方法制备得到：
将明胶溶于磷酸缓冲盐溶液(pH＝7.4)，按照明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:3mL缓慢向明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐，充分反应后离心取上清液透析，后冻干得到甲基丙烯酰化明胶。
对比例1
一种交联胶原角膜修复材料(Col膜，Col)，制备方法包括以下步骤：
S1.在胶原溶液中加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为2:1)进行交联，胶原与EDC的质量比为6:1，将加入交联剂后的溶液在6℃冰箱中搅拌反应2小时，再在室温下搅拌30小时，混合均匀并除去气泡，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S2.将S1的混合溶液倒入模具中，于室温下自然风干成膜，脱除模具，取出Col膜，用去离子水进行多次洗涤，在室温下自然风干，即得到角膜修复材料。
将从牛跟腱中提取的Ι型胶原，用0.001mol/L的盐酸溶液配制浓度为7.0mg/mL的胶原溶液。
对比例2
一种GelMA-胶原双网络角膜修复材料(Col-GelMA复合膜，CG)，制备方法包括以下步骤：
S1.按照甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:6将甲基丙烯酰化明胶与胶原溶液配制成共混溶液，加入EDC-NHS溶液(EDC、NHS的质量比为2:1)进行交联，共混溶液中的胶原与EDC的质量比为6:1，将加入交联剂后的溶液在6℃冰箱中搅拌反应2小时；
I2959(光引发剂)用去离子水配制成浓度为1mg/mL的I2959溶液，按照I2959与甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:15加入I2959溶液，再在室温下避光搅拌30小时，混合均匀并除去气泡，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S2.将S1的混合溶液倒入模具中，紫外光照射3分钟进行光交联，之后于室温下自然风干成膜，得到Col-GelMA复合膜，脱除模具，取出复合膜，用去离子水进行多次洗涤，在室温下自然风干，即得到角膜修复材料。
甲基丙烯酰化明胶(GelMA)用去离子水配制成浓度为150mg/mL的甲基丙烯酰化明胶溶液；将从牛跟腱中提取的Ι型胶原，用0.001mol/L的盐酸溶液配制浓度为7.0mg/mL的胶原溶液。
其中甲基丙烯酰化明胶通过如下方法制备得到：
将明胶溶于磷酸缓冲盐溶液(pH＝7.4)，按照明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:3mL缓慢向明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐，充分反应后离心取上清液透析，后冻干得到甲基丙烯酰化明胶。
结果检测
实施例和对比例的具体检测结果详见下表1。
表1
Figure BDA0003172158180000101
Figure BDA0003172158180000111
对各组实施例与对比例的透光率(780nm处)、拉伸强度以及抗菌性(抑菌圈直径)进行了比较，可以发现本发明实施例中Col-GelMA-LZM复合膜的透光率、拉伸强度以及抗菌性均优于对比例1中的交联胶原膜。GelMA网络的存在增强了本发明中复合膜的拉伸强度，实施例与对比例2中Col-GelMA复合膜的拉伸强度相近，从表中可见各实施例复合膜的抑菌圈直径均显著大于对比例，表明溶菌酶赋予了Col-GelMA-LZM复合膜优秀的抗菌性，且在透光性和拉伸强度上不会对角膜材料有负面抑制作用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将溶菌酶溶液和甲基丙烯酰化明胶溶液混合均匀，加入交联剂进行交联，在20～25℃条件下反应2～4小时，得到交联产物；
S2.将S1的交联产物与胶原溶液共混，加入交联剂进行交联，在2～6℃下反应2～4小时，再加入光引发剂，室温下避光反应20～30小时，得到均匀且无气泡的混合溶液；
S3.将S2的混合溶液在紫外光照射下交联3～5分钟，风干成膜即可得到GelMA-胶原双网络角膜修复材料，
其中，S1中溶菌酶和甲基丙烯酰化明胶的质量比为1:(6～10)，
S2中混合溶液中甲基丙烯酰化明胶与胶原的质量比为1:(1～6)。
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中溶菌酶溶液的质量体积浓度为10～20mg/mL，甲基丙烯酰化明胶溶液的质量体积浓度为100～200mg/mL，S2中胶原溶液的质量体积浓度为6.5～7.0mg/mL。
3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，S1中所述交联剂为1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的混合物。
4.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，S2中交联剂为1-乙基-3(3-二甲基氨丙基)碳化二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的混合物。
5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，S2中光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
6.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酰化明胶通过明胶溶液与甲基丙烯酸酐反应得到，其中明胶与甲基丙烯酸酐的用量比为5g:3～5mL。
7.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述胶原为从牛跟腱中提取的经纯化过的I型胶原。
8.一种由权利要求1～7任意一项所述方法制备得到的GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料。
9.权利要求8所述GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料在制备角膜修复产品中的应用。
10.一种角膜修复产品，其特征在于，由权利要求8所述GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料和其他可接受的原料制备得到。
CN202110821618.4A 2021-07-20 2021-07-20 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用 Active CN113456895B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110821618.4A CN113456895B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110821618.4A CN113456895B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113456895A CN113456895A (zh) 2021-10-01
CN113456895B true CN113456895B (zh) 2022-05-06

Family

ID=77881366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110821618.4A Active CN113456895B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113456895B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116196475A (zh) * 2023-03-17 2023-06-02 华南理工大学 3d打印曲率生物角膜的制备方法及其在预防角膜基质纤维化中的应用

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103272268A (zh) * 2013-05-16 2013-09-04 华南理工大学 一种抗菌角膜修复材料及其制备方法
WO2016049345A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-31 The Regents Of The University Of California Three-dimensional bioprinted artificial cornea
CN107281550A (zh) * 2017-06-22 2017-10-24 苏州大学 一种促进软骨损伤修复的共交联双网络水凝胶支架的制备方法
CN108047465A (zh) * 2017-10-26 2018-05-18 浙江大学 一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶、制备方法及应用
CN109125799A (zh) * 2018-09-05 2019-01-04 张强 GelMA水凝胶人脱细胞羊膜三维双层辅料的制备方法
CN110204742A (zh) * 2019-07-15 2019-09-06 吉林大学 一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法
WO2019198086A1 (en) * 2018-04-11 2019-10-17 Precise Bio Inc Bioengineered corneal graft and methods of preparation thereof
CN110613862A (zh) * 2019-09-19 2019-12-27 清华大学深圳国际研究生院 一种组织工程角膜及其制备方法
CN110894301A (zh) * 2018-09-12 2020-03-20 天津大学 可生物降解的天然高分子基高强度水凝胶及其制备方法
CN111228574A (zh) * 2020-01-22 2020-06-05 中国人民解放军总医院 组织工程半月板支架及其制备方法
WO2020236917A1 (en) * 2019-05-20 2020-11-26 The Regents Of The University Of California Methods for improving the tissue sealing properties of hydrogels and the use thereof
CN112029055A (zh) * 2019-06-04 2020-12-04 天津大学 一种超分子聚合物增强的生物可降解高强度明胶基水凝胶及其制备方法和应用
WO2021055703A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 President And Fellows Of Harvard College Tough gel-based drug delivery compositions and methods thereof
WO2021070180A1 (en) * 2019-10-06 2021-04-15 Precise Bio 3D Ltd Bioengineered corneal grafts

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3013782A1 (en) * 2016-02-08 2017-08-17 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Bioadhesive for corneal repair
EP3672650A4 (en) * 2017-08-21 2021-05-26 Case Western Reserve University HYDROGEL FOR TISSUE ENGINEERING AND BIO-PRINTING

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103272268A (zh) * 2013-05-16 2013-09-04 华南理工大学 一种抗菌角膜修复材料及其制备方法
WO2016049345A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-31 The Regents Of The University Of California Three-dimensional bioprinted artificial cornea
CN107281550A (zh) * 2017-06-22 2017-10-24 苏州大学 一种促进软骨损伤修复的共交联双网络水凝胶支架的制备方法
CN108047465A (zh) * 2017-10-26 2018-05-18 浙江大学 一种甲基丙烯酸酯明胶/壳聚糖互穿网络水凝胶、制备方法及应用
WO2019198086A1 (en) * 2018-04-11 2019-10-17 Precise Bio Inc Bioengineered corneal graft and methods of preparation thereof
CN109125799A (zh) * 2018-09-05 2019-01-04 张强 GelMA水凝胶人脱细胞羊膜三维双层辅料的制备方法
CN110894301A (zh) * 2018-09-12 2020-03-20 天津大学 可生物降解的天然高分子基高强度水凝胶及其制备方法
WO2020236917A1 (en) * 2019-05-20 2020-11-26 The Regents Of The University Of California Methods for improving the tissue sealing properties of hydrogels and the use thereof
CN112029055A (zh) * 2019-06-04 2020-12-04 天津大学 一种超分子聚合物增强的生物可降解高强度明胶基水凝胶及其制备方法和应用
CN110204742A (zh) * 2019-07-15 2019-09-06 吉林大学 一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法
CN110613862A (zh) * 2019-09-19 2019-12-27 清华大学深圳国际研究生院 一种组织工程角膜及其制备方法
WO2021055703A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 President And Fellows Of Harvard College Tough gel-based drug delivery compositions and methods thereof
WO2021070180A1 (en) * 2019-10-06 2021-04-15 Precise Bio 3D Ltd Bioengineered corneal grafts
CN111228574A (zh) * 2020-01-22 2020-06-05 中国人民解放军总医院 组织工程半月板支架及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Decoupling the effects of stiffness and fiber density on cellular behaviors via an interpenetrating network of gelatin-methacrylate and collagen;Anthony J. Berger et al;《Biomaterials》;20170629;第125-135页 *
Photo-crosslinked GelMA/collagen membrane loaded with lysozyme as an antibacterial corneal implant;Xiangjing Yang et al;《International Journal of Biological Macromolecules》;20210927;第1006-1016页 *
重组人Ⅲ型胶原基组织工程角膜植入兔眼生物相容性研究;戎慧丰;《中华实验眼科杂志》;20111210;第1065-1070页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113456895A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Trujillo-de Santiago et al. Ocular adhesives: Design, chemistry, crosslinking mechanisms, and applications
AU2006289625B2 (en) Interpenetrating networks, and related methods and compositions
Guo et al. Radical polymerization-crosslinking method for improving extracellular matrix stability in bioprosthetic heart valves with reduced potential for calcification and inflammatory response
Cao et al. Double crosslinked HLC-CCS hydrogel tissue engineering scaffold for skin wound healing
Anton-Sales et al. Opportunities of bacterial cellulose to treat epithelial tissues
Farasatkia et al. Transparent silk/gelatin methacrylate (GelMA) fibrillar film for corneal regeneration
Daamen et al. Elastin as a biomaterial for tissue engineering
CA2173546C (en) Medical materials and manufacturing methods thereof
Grolik et al. Hydrogel membranes based on genipin-cross-linked chitosan blends for corneal epithelium tissue engineering
US7476398B1 (en) Corneal implant and uses thereof
EP1940877A1 (fr) Polymères biodégradables modifiés, leur préparation et leur usage pour la fabrication de biomatériaux et de pansements
US9441080B2 (en) Cellulose hydrogel compositions and contact lenses for corneal applications
Albu et al. Collagen-based drug delivery systems for tissue engineering
WO2006002128A1 (en) Use of amniotic membrane as biocompatible devices
WO2017103263A1 (en) Multi-layered wound care product
Satyam et al. In vitro evaluation of Ficoll‐enriched and genipin‐stabilised collagen scaffolds
Wang et al. A double network strategy to improve epithelization of a poly (2-hydroxyethyl methacrylate) hydrogel for corneal repair application
CN113456895B (zh) 一种GelMA-胶原双网络抗菌角膜修复材料及其制备方法和应用
JP2009516038A (ja) 架橋されたゼラチン状材料を基剤とする成形体、該成形体の製造方法、及び該成形体の使用
CA2142209A1 (en) Collagen implants having improved tensile properties
CN107397980A (zh) 一种组织修复膜涂覆用防粘连组合物及其使用方法
Li et al. Applications of hydrogel materials in different types of corneal wounds
CN113425910A (zh) 一种复合交联生物瓣膜及其制备方法
Liu et al. Sutureless transplantation using a semi-interpenetrating polymer network bioadhesive for ocular surface reconstruction
CN110452413B (zh) 一种胶原蛋白交联剂组合物及其应用

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