CN114404797A - 一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及血管治疗材料技术领域，具体公开了一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法，该方法以甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白和甲基丙烯酸酐改性的明胶和甲基丙烯酸酐改性的透明质酸为原材料，采用紫外光交联方法制备出双层水凝胶微针贴片，利用上下两层凝胶片在溶胀和弹性模量的差异，制得的水凝胶能够在水性介质条件下快速自卷曲成多层管状结构，并具有长期的稳定性和力学强度，具有临床应用于组织工程化人工血管局部给药的潜能。

Description

一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法
技术领域
本发明涉及血管治疗材料领域，尤其涉及一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法。
背景技术
心血管疾病发病一直呈现持续上升和年轻化的趋势，不断危害着国民健康。目前临床上的主要治疗手段为介入治疗和血管搭桥手术，由于介入治疗仍然不能完全避免再狭窄的发生，血管搭桥术仍是当前临床治疗的最佳选择，因此用作血管搭桥手术的人工血管临床需求在全球范围内日益增大。由于小口径人工血管抗凝血性能、顺应性和等待性较差，早期血栓形成、中远期内膜增生等因素导致其长期通畅率低，特别是人工血管吻合处的再狭窄，从引起人工血管堵塞，成为临床上亟待解决的痛点问题。人造血管吻合处易发生再狭窄而堵塞，根本原因是吻合处内膜增生。因搭桥手术的机械性损伤使血管内膜完整性受损造成吻合处内膜过度增生从而导致晚期发生再狭窄或者闭塞是主要原因。
微针是一种微米尺度的针状结构，由单个或多个微米级别的针头组成，微针介导的药物递送技术是一种优异的跨组织屏障的药物输送方法和给药策略，已经在多领域得到广泛应用。近年来，微针介导的药物递送体系在血管组织的局部给药中具有很好的优势。除了具有微创和低成本的优点外，微针可以提供高精度和高效的药物以到达目标位点，保证了在术后修复血管吻合处的药物浓度。其次，微针可以实现从血管外给药，不会造成血管内皮层的损伤，从而引起血管的再狭窄。但是当前的研究中，微针介导药物传递方式却存在着较大的局限性，例如：微针贴片被设计成能包裹血管的管状外部，但需要靠外力的固定辅助，不能实现自变形来主动贴合血管；其次，当前大多数被设计成微针的材料都属于刚性很强且很难降解的高分子材料，未能配合血管组织的变形，从而影响血管的收缩，甚至导致更严重的内膜增生，且存在二次手术的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法，旨在解决现有技术中的微针介导药物传递方式存在着较大的局限性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片，所述双层水凝胶微针贴片呈卷曲管状结构，由内层胶和外层胶弯曲叠合而成，所述内层胶由改性丝素蛋白制备而成，所述外层胶由改性明胶和改性透明质酸的混合物制备而成。
其中，所述改性丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白，所述改性明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶，所述改性透明质酸为使用甲基丙烯酸酐改性的透明质酸。
本发明还提出一种如上述所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，包括如下步骤：
将所述改性丝素蛋白以及所述改性明胶和所述改性透明质酸分别用光引发剂溶液溶解，并分别标记为溶液A和溶液B；
将所述溶液A在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液A，移取120μL预聚物溶液A至PDMS微针模具中，用真空消泡器抽真空，并保压，然后缓慢放气，重复操作上述步骤3次，然后取出模具，静置，再将其进行紫外光交联40s以形成内层凝胶；
在所述溶液B中，所述改性明胶和所述改性透明质酸按比例混合并在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液B，然后吸取120μL预聚物溶液B至内层胶上表面中并进行紫外光交联40s得外层凝胶；
将含有水凝胶微针的PDMS模具置于在37℃PBS溶液中，让丝素蛋白缓慢结晶预设时间，随后，从模具中剥离出双层水凝胶微针，裁剪周围多余无微针部分凝胶材料后置于二次去离子水中得到自卷曲的双层水凝胶微针。
其中，所述光引发剂溶液的质量浓度为0.005g/mL，所述溶液A质量浓度为0.2g/mL，溶液B的总质量浓度为0.12g/mL。
其中，所述PDMS微针模具的规格为14.5mm×14.5mm×2mm，其微针长度为600μm。
其中，所述用真空消泡器抽真空，并保压的步骤中：
保压时间为1min。
其中，所述取出模具，静置，再将其进行紫外光交联40s以形成内层凝胶的步骤中：
静置时间为5min。
其中，所述让丝素蛋白缓慢结晶预设时间的步骤中：
预设时间为15-16h。
本发明的一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片及制备方法，通过向甲基丙烯酸酐改性的明胶溶液中引入甲基丙烯酸酐改性的透明质酸溶液，使得整体吸水性增强，光交联成胶形成活性层，再在其表面结合一层改性丝素蛋白惰性层，构建出双层水凝胶体系，整个体系在水性介质条件下虽然活性层具有良好的吸水性，但是由于惰性层的存在抑制了活性层的膨胀，导致整个体系产生自卷曲形成多层管状结构，并具有长期的稳定性和力学强度，对组织工程血管支架材料局部给药的设计与制备具有重要指导意义和参考价值，解决微针介导药物传递方式存在着较大的局限性的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法示意图。
图2是本发明的自卷曲的双层水凝胶微针贴片卷曲后的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1和图2，本发明提供一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片，所述双层水凝胶微针贴片呈卷曲管状结构，由内层胶和外层胶弯曲叠合而成，所述内层胶由改性丝素蛋白制备而成，所述外层胶由改性明胶和改性透明质酸的混合物制备而成。
所述改性丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白(SilMA)，所述改性明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶，所述改性透明质酸为使用甲基丙烯酸酐改性的透明质酸。
所述改性丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白(GelMA)，具体步骤为：
将4g脱胶蚕丝完全溶解于21g溴化锂溶液(25mL去离子水)中，放在60℃恒温箱至澄清后取出；缓慢滴加1.5mL GMA溶液，并在60℃下(水浴加热)以300rpm的速度旋转3h；随后，将所得溶液过滤，倒入截流分子量8-14kDa透析袋中透析4天，每天多次更换去离子水；最后，将甲基丙烯酸酯化的SilMA溶液在-80℃下冷冻12h，随后冷冻干燥24h，将其储存在-80℃条件下以便进一步使用。
所述改性明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶(GelMA)，具体步骤为：
称取5gA型明胶溶解于50mL PBS中，用恒温磁力搅拌器在50℃下匀速搅拌，溶解完全后，缓慢滴入5mL的甲基丙烯酸酐溶液；滴加完成之后保持一定转速在50℃下反应3小时，最后加入100mL PBS溶液稀释，将稀释好的溶液放入到截留分子量为8-14kDa的透析袋中，使用去离子水在60℃下透析6天，每天多次更换去离子水，透析完成后将所得的改性明胶溶液在-80℃下冷冻12h，随后冷冻干燥24h，最终得到具有紫外光敏感性的GelMA，将其储存在真空干燥器中以便进一步使用。
所述改性透明质酸为使用甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)，具体步骤为：
将2g低分子透明质酸钠溶解于100mL去离子水中，用磁力搅拌器匀速搅拌，待完全溶解后，缓慢滴入2mL甲基丙烯酸酐溶液，此过程控制温度在25℃，滴加完全后保持转速400rpm并在冰浴中反应24h；此过程需用5mol/L的NaOH溶液调节pH，保持整个过程中溶液pH呈弱碱性；将反应好的溶液倒入截流分子量8-14kDa透析袋中透析5天，并每天多次更换去离子水；最后，将溶液在-80℃下冷冻12h，随后冷冻干燥24h，最终得到具有紫外光敏感性的HAMA，将其储存在真空干燥器中以便进一步使用。
本发明提供一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将所述改性丝素蛋白以及所述改性明胶和所述改性透明质酸分别用光引发剂溶液溶解，并分别标记为溶液A和溶液B；
步骤二：将所述溶液A在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液A，移取120μL预聚物溶液A至PDMS微针模具(14.5mm×14.5mm×2mm，微针长度：600μm)中，用真空消泡器抽真空，并保压1min，然后缓慢放气，重复操作上述步骤3次，然后取出模具，静置5min，再将其进行紫外光交联40s以形成内层凝胶；
步骤三：在所述溶液B中，所述改性明胶和所述改性透明质酸按比例混合并在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液B，然后吸取120μL预聚物溶液B至内层胶上表面中并进行紫外光交联40s得外层凝胶；
步骤四：将含有水凝胶微针的PDMS模具置于在37℃PBS溶液中，让丝素蛋白缓慢结晶15-16h，随后，从模具中剥离出双层水凝胶微针，裁剪周围多余无微针部分凝胶材料(微针尺寸：长11.0mm，宽10.5mm)后置于二次去离子水中得到自卷曲的双层水凝胶微针。
所使用的所述PDMS模具的彻底清洗的方法为：将模具放入去离子水中超声20min后,再放入无水乙醇中超声5min，随后用吹风机吹干，在显微镜下观察是否彻底清洗，如仍残存杂质，再利用少量无水乙醇并用洗耳球进行吹打，直到彻底清洁。
所述自卷曲的双层水凝胶微针贴片应用在组织工程血管支架材料局部给药方向。
通过向甲基丙烯酸酐改性的明胶溶液中引入甲基丙烯酸酐改性的透明质酸溶液，使得整体吸水性增强，光交联成胶形成活性层，再在其表面结合一层改性丝素蛋白惰性层，构建出双层水凝胶体系，整个体系在水性介质条件下虽然活性层具有良好的吸水性，但是由于惰性层的存在抑制了活性层的膨胀，导致整个体系产生自卷曲形成多层管状结构，对组织工程血管支架材料局部给药的设计与制备具有重要指导意义和参考价值，解决了微针介导药物传递方式存在着较大的局限性的问题。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种自卷曲的双层水凝胶微针贴片，其特征在于，
所述双层水凝胶微针贴片呈卷曲管状结构，由内层胶和外层胶弯曲叠合而成，所述内层胶由改性丝素蛋白制备而成，所述外层胶由改性明胶和改性透明质酸的混合物制备而成。
2.如权利要求1所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片，其特征在于，
所述改性丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白，所述改性明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶，所述改性透明质酸为使用甲基丙烯酸酐改性的透明质酸。
3.一种如权利要求2所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述改性丝素蛋白以及所述改性明胶和所述改性透明质酸分别用光引发剂溶液溶解，并分别标记为溶液A和溶液B；
将所述溶液A在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液A，移取120μL预聚物溶液A至PDMS微针模具中，用真空消泡器抽真空，并保压，然后缓慢放气，重复操作上述步骤3次，然后取出模具，静置，再将其进行紫外光交联40s以形成内层凝胶；
在所述溶液B中，所述改性明胶和所述改性透明质酸按比例混合并在常温条件下微震荡形成均匀预聚物溶液B，然后吸取120μL预聚物溶液B至内层胶上表面中并进行紫外光交联40s得外层凝胶；
将含有水凝胶微针的PDMS模具置于在37℃PBS溶液中，让丝素蛋白缓慢结晶预设时间，随后，从模具中剥离出双层水凝胶微针，裁剪周围多余无微针部分凝胶材料后置于二次去离子水中得到自卷曲的双层水凝胶微针。
4.如权利要求3所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，
所述光引发剂溶液的质量浓度为0.005g/mL，所述溶液A质量浓度为0.2g/mL，溶液B的总质量浓度为0.12g/mL。
5.如权利要求3所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，
所述PDMS微针模具的规格为14.5mm×14.5mm×2mm，其微针长度为600μm。
6.如权利要求3所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，所述用真空消泡器抽真空，并保压的步骤中：
保压时间为1min。
7.如权利要求3所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，所述取出模具，静置，再将其进行紫外光交联40s以形成内层凝胶的步骤中：
静置时间为5min。
8.如权利要求3所述的自卷曲的双层水凝胶微针贴片的制备方法，其特征在于，所述让丝素蛋白缓慢结晶预设时间的步骤中：
预设时间为15-16h。
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