CN115887780B - 一种氧气缓释水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧气缓释水凝胶的制备方法，其包括如下步骤：(1)将过氧化物、光引发剂与甲基丙烯酰化明胶溶液混合，使得过氧化物均匀分散在水凝胶基材溶液中，并采用紫外交联，获得水凝胶材料；(2)将步骤(1)所得物浸没在表没食子儿茶素没食子酸酯溶液中，浸泡时间不低于2小时；冲洗之后，即得所述氧气缓释水凝胶。本发明氧气缓释水凝胶的制备方法简单，所得氧气缓释水凝胶具有优异的氧气缓释功能，能使得氧气释放周期长达21天；同时，所得氧气缓释水凝胶还具有优异的抗菌功能。本发明可用于氧气的长时缓释，可避免氧化应激反应，提高细胞存活率，可用于预防局部骨组织缺氧导致的坏死以及损伤后的血管重构和骨组织修复。
Description
技术领域
本发明属于释氧生物材料技术领域，具体涉及一种氧气缓释水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
目前常用的释氧材料包括修饰的血红蛋白溶液，全氟碳化合物乳液，双氧水以及无机化合物(如Na2CO3、CaO2以及MgO2等)。
在金属过氧化物的氧气缓释方面，除了控制氧气源的物理形态(如CN 101407358B)降低其与水的反应程度之外，通常采用缓释载体来控制氧气的释放。
由于水凝胶具有较好的润湿性，在进行相关医用时较为方便。因此，在缓释载体的设计方面，根据在医用方面便利性，可以分为水凝胶载体和非水凝胶载体。
在非水凝胶氧气缓释材料设计方面，人们通常通过设计环境响应性载体，以实现氧气的可控释放，避免氧气过快释放从而对机体产生不利影响。例如，上海交通大学医学院附属第九人民医院在其专利CN 109481677B(公布日2019.03.19)公开了一种温度响应性缓释氧气的纳米复合材料，该纳米复合材料以空心介孔氧化硅纳米粒子为载体，在空心介孔氧化硅纳米粒子的内部负载高铁酸钾，空心介孔氧化硅纳米粒子还负载有用于堵塞所述高铁酸钾的水不溶性的温度敏感化合物；所述的水不溶性的温度敏感化合物选择1-十三醇、月桂酸、十八烷中的任意一种或多种的组合物。然而，非水凝胶载体不仅在实际医用时不方便，环境响应性的缓释载体的制备比较复杂且高度依赖相关的环境情形，限制了其应用范围。
在水凝胶载体的设计方面，一般通过改变凝胶的物理结构或对凝胶进行化学修饰进行。例如，中国科学院大学温州研究院在其专利CN 112159532A(公布日2021.01.01)公开了一种含氧水凝胶敷料的制备方法：取1％-10％的血红蛋白水溶液和取1-10％的丝素蛋白水溶液，按体积比1∶2混合血红蛋白水溶液和丝素蛋白水溶液，加入过氧化氢至终浓度为2-20mM，形成SF/Hb含氧水凝胶。该专利是通过SF/Hb凝胶形成三维孔隙结构，大大增加了比表面积，具有良好的持氧能力，使得凝胶在使用过程中缓释氧气。再如，王宇清在其专利CN108853599B公布了一种富氧温敏型水凝胶，其由CS酸溶液、β-GP溶液、HEC溶液和潘氟隆乳液混合而成；所述水凝胶中潘氟隆含量为5.0vol％～15.0vol％。虽然水凝胶具有使用方便的优点，但现有的氧气缓释水凝胶材料仍然具有缓释效果不佳、制备方法复杂以及环境要求高等缺点，限制了相关技术的实际应用。
综上所述，本领域亟需一种制备方法简单、缓释效果优良的氧气缓释水凝胶，并在此基础上将其更好的应用于血管重构和骨组织修复等临床领域。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可以显著延长氧气释放周期的水凝胶。同时，该水凝胶还具有优异的抗菌性能。
为了实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：
一种氧气缓释水凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将过氧化物、光引发剂与甲基丙烯酰化明胶溶液混合，使得过氧化物均匀分散在水凝胶基材溶液中，并采用紫外交联，获得水凝胶材料；
(2)将步骤(1)所得物浸没在表没食子儿茶素没食子酸酯(简称EGCG，下同)溶液中，浸泡时间不低于2小时；冲洗之后，即得所述氧气缓释水凝胶。
在本领域中，过氧化物在应用过程中存在两大缺陷；即：过氧化物在释放氧气的过程中会受到诸多因素的影响，例如pH、温度以及过氧化物微观结构等都会对氧气的释放时间长短和释放量产生影响。同时，过氧化物在释放氧气时会产生ROS(超氧自由基)。一定量的超氧自由基对于细菌具有杀伤效能，然而过量的ROS会介导细胞氧化应激反应，导致细胞存活率不高。因此，如何使过氧化物的氧气稳定释放以及过量的ROS得到清除，是开发新型释氧材料的关键。
如前所述内容介绍，现有技术通常通过改变材料的物理结构(如CN 112159532A通过构建三维孔隙结构)，或者进行环境响应性设计(如CN 108853599 B)实现可控释放。但这些方法普遍存在制备方法复杂、工艺难以控制的缺点；更为重要的是，已报道的方法仍然未能解决氧气释放过快、释放周期较短的问题。
本发明以金属过氧化物作为氧气源，以甲基丙烯酰化明胶水凝胶作为载体，制备了释氧水凝胶。在此基础上，发明人发现，经过在EGCG水溶液中浸泡之后，释氧周期得到了显著的延长。如图4所示，本发明的释氧周期达到了21天，而未经EGCG浸泡的水凝胶释氧周期仅为14天。
EGCG作为茶叶溶出物的主要成分，在抗氧化、抑菌及抑制癌细胞生长方面起着重要作用。在本发明的研究之初，发明人主要考虑赋予水凝胶抗菌的效果，并采用了EGCG。然而，出人意料的是，装载金属过氧化物的甲基丙烯酰化明胶水凝胶，经过EGCG水溶液浸泡之后，可以很好的实现对氧气的缓释，释放周期得到了大幅延长。据发明人所知，在本发明之前，尚未见到将释氧材料在抗菌溶液中进行浸泡便可大幅延长释氧周期的报道。其原理可能跟EGCG水溶液在甲基丙烯酰化明胶水凝胶表面形成了保护粘膜，导致产生的氧气得以缓慢释放。然而，由于气体分子尺寸很小，单纯形成保护膜还不足以解释释氧周期大幅延长的现象，至于是否或者如何改变了水凝胶的微观结构，仍需要进一步的研究。
不难知晓，本发明对于现有技术的贡献在于：提供了一种十分简便的、大幅延长释氧周期的氧气缓释水凝胶，解决了现有技术在制备该类型水凝胶时存在的制备方法复杂、缓释效果不佳的缺点。
另外，由于本发明的水凝胶经过了EGCG的浸泡，使得本发明所得氧气缓释水凝胶抗菌效果增强。
作为本发明可实施的技术方案，所述过氧化物包括过氧化镁、过氧化钙中的至少一种。
优选的，所述过氧化物为过氧化镁。
MgO2由于其氧气释放稳定，且在释放氧气的同时能够从中游离出镁离子，镁离子对于骨组织生成有巨大的增益，特别是对于血管生成加速局部组织恢复灌流，促进细胞生长，有重要意义。因此，过氧化镁作为氧源材料促进骨组织生长有巨大潜力。作为本发明优选的技术方案，采用过氧化镁作为氧气源，还可以使得所得氧气缓释水凝胶应用于血管重构和骨组织修复方面。
作为本发明的一个优选技术方案，光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
作为本发明的一个可选技术方案，所述表没食子儿茶素没食子酸酯溶液为表没食子儿茶素没食子酸酯水溶液；所述表没食子儿茶素没食子酸酯水溶液中，表没食子儿茶素没食子酸酯的添加量为0.05～1mg/mL。
作为本发明的优选技术方案，所述过氧化物为过氧化镁；所述表没食子儿茶素没食子酸酯溶液中，表没食子儿茶素没食子酸酯的添加量为1mg/1mL；所述浸泡时间为2小时。
本发明的另外一个目的在于提供由上述方法制备得到的氧气缓释水凝胶。
本发明还有一个目的在于提供上述氧气缓释水凝胶在缓释氧气方面的应用。特别的，当过氧化物为过氧化镁时，本发明的目的还在于提供所得氧气缓释水凝胶在制备血管重构和骨组织修复方面药物的应用。
本发明的有益效果：
本发明氧气缓释水凝胶的制备方法简单，所得氧气缓释水凝胶具有优异的氧气缓释功能，能使得氧气释放周期长达21天；同时，所得氧气缓释水凝胶还具有优异的抗菌功能。本发明可用于氧气的长时缓释，可避免氧化应激反应，提高细胞存活率，可用于预防局部骨组织缺氧导致的坏死以及损伤后的血管重构和骨组织修复。
附图说明
图1为本发明实施例1中GelMA水凝胶、GelMA-MgO2水凝胶以及GelMA-MgO2-EGCG的SEM图；
图2为本发明针对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌实验结果图；
图3为本发明氧气释放检测实验结果图。
图4为本发明CCK-8法检测骨髓间充质干细胞在水凝胶表面增殖的结果图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
在本专利中，相应简称的含义如下：
“GelMA”为纯GelMA水凝胶，“GelMA-MgO2”为装载过氧化镁的GelMA水凝胶，“GelMA-MgO2-EGCG”为本发明实施例1所得水凝胶；
EGCG：表没食子儿茶素没食子酸酯
光引发剂I2959：2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮
实施例1
1.甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的合成：
(1)称取20g猪皮明胶加入200ml的PBS中，设定温度为40摄氏度，连续搅拌过夜。
(2)将温度提高至45摄氏度，待温度稳定后加入16ml甲基丙烯酸酐，连续搅拌2h，待混合物呈现为白色粘稠物时转移至透析袋中(8000-10000KDa)。
(3)连续透析7天，温度为40度，每天换水。
(4)透析完成，将其置于避光容器中冷冻干燥5天。
2.过氧化镁的制备
(1)将3g氯化镁溶于30mL蒸馏水，将15mL氨水(28％)缓慢滴入搅拌混合物。然后以每分钟3滴的速度向混合物中加入15mL30％的H2O2。反应温度控制在10度。整个反应需要搅拌，烧杯体积V＝0.25L。搅拌速度400rpm。搅拌2小时后，得到无色至淡黄色的溶液。
(2)为了沉淀产物，加入NaOH溶液(0.1M)直到pH值达到11.5。加入氢氧化钠后，混合物变为悬浮液。用离心分离沉淀，离心后用氢氧化钠溶液洗涤三次。
(3)最后，用蒸馏水进行洗涤，直到残留水的最终pH值接近中性。所合成的沉淀在真空干燥。
3.GelMA溶液的配制
(1)称取1g冷冻干燥好的GelMA置于10mL的双蒸水中，放置于40℃磁力搅拌器上充分搅拌2h，使充分溶解。
(2)将100mg光引发剂I2959加入到溶解后的GelMA溶液中，充分搅拌1h，使其溶解，注意避光。
(3)将完全溶解后的GelMA置于超净工作台内，过滤除菌，即配置成光固化GelMA溶液。
4.氧气缓释水凝胶的制备
(1)称取5mg过氧化镁颗粒用锡箔纸包好置于180℃烘箱内烘烤30分钟，高温灭菌，待温度下降后取出待用。
(2)用无纺纱布包好1.5mlEP管，置于高压蒸汽灭菌锅内121℃灭菌30分钟，烘干后取出待用。
(3)提前将超声清洗机温度调至40℃，在超净工作台内打开1.5mlEP管，将5mg过氧化镁颗粒倒至EP管内，加入1ml GelMA溶液。将EP管置于超声清洗机内超声30分钟使过氧化镁均匀地分散于GelMA溶液内。
(4)将分布均匀的过氧化镁GelMA溶液使用1ml移液枪转移至改良后的2.5ml的注射器内，置于紫外灯下照射5分钟，其间每隔2分钟调整一次注射器方位使其完全交联。
(5)推动注射器发现水凝胶由液体变成固体，在40℃下依旧呈现固体形态则表示交联完成，得到过氧化镁复合水凝胶。
(6)取1mg EGCG粉体，加入10ml双蒸水溶解，。将制备好的过氧化镁复合水凝胶放入溶液中，使其完全浸没于EGCG溶液中，浸泡2h后取出，用双蒸水冲洗三次即得本发明的氧气缓释水凝胶。
实验例
1.氧气释放检测方法
将实施例1所得水凝胶切成直径为8mm，高度为3mm的柱状水凝胶，置于24孔板中，每孔加入2ml PBS，分别于1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21天吸取500ul的溶液在血气分析仪的检测下获得PBS内氧分压。以未经EGCG溶液浸泡的过氧化镁复合水凝胶(过氧化镁-GelMA)和未装载过氧化镁的GelMA水凝胶(GelMA)作为对照。
如图3所示，未经EGCG溶液浸泡的过氧化镁复合水凝胶(GelMA-MgO2)的释氧周期仅为14天，而实施例1所得的氧气缓释水凝胶(GelMA-MgO2-EGCG)的释氧周期可达21天。
2.抗菌实验
选取金黄色葡萄球菌与大肠杆菌与水凝胶共培养。首先，吸取100ul细菌悬液(106CFU/mL)于固体培养基中，并使用三角推使菌液均匀分布于培养基上。
然后将GelMA、GelMA-MgO2、GelMA-MgO2-EGCG置于细菌培养皿中央，每组设置三个平行样。放置于37℃5％CO2恒温细菌培养箱内孵育12h后取出拍照。
如图2所示，实施例所得的氧气缓释水凝胶(GelMA-MgO2-EGCG)具有优异的抗菌性。
3.CCK-8法检测骨髓间充质干细胞在水凝胶表面增殖
(1)参照抗菌实验完全水凝胶制备方法制备水凝胶样品，每组3个平行样。
(2)将P2代BMSCs悬液以1×104个/孔的密度分别接种于各材料表面(细胞悬液体积均为100μl)，随后将接种细胞的材料移入37℃、5％CO2细胞培养箱，孵育2h后再向每孔加入2ml新鲜α-MEM培养基(含1％PS+10％FBS)继续培养。以后每两天换液一次。
(3)将第1、4、7天水凝胶表面接种细胞共培养体系吸去旧培养基，每孔加入200ulCCK-8检测试剂(CCK-8试剂与α-MEM培养基的比例为1：10)，放置于37℃，5％CO2细胞培养箱内共培养1h后吸取100ul待检测液，酶标仪检测其在450nm处吸光度值。结果可知，相比于GelMA水凝胶，GelMA-MgO2及GelMA-MgO2-EGCG水凝胶在第7d时更有利于细胞的增殖，且GelMA-MgO2与GelMA-MgO2-EGCG两组之间无明显差异。
Claims (6)
1.一种氧气缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将过氧化物、光引发剂与甲基丙烯酰化明胶溶液混合，使得过氧化物均匀分散在水凝胶基材溶液中，并采用紫外交联，获得水凝胶材料；
(2)将步骤(1)所得物浸没在表没食子儿茶素没食子酸酯溶液中，浸泡时间不低于2小时；冲洗之后，即得所述氧气缓释水凝胶；
所述过氧化物包括过氧化镁、过氧化钙中的至少一种；
所述表没食子儿茶素没食子酸酯溶液为表没食子儿茶素没食子酸酯水溶液；所述表没食子儿茶素没食子酸酯水溶液中，表没食子儿茶素没食子酸酯的添加量为0.05～1mg/mL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过氧化物为过氧化镁。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过氧化物为过氧化镁；所述表没食子儿茶素没食子酸酯溶液中，表没食子儿茶素没食子酸酯的添加量为1mg/1mL；所述浸泡时间为2小时。
5.一种氧气缓释水凝胶，其特征在于，所述氧气缓释水凝胶由权利要求1～4任一所述的制备方法制备而得。
6.由权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的氧气缓释水凝胶在制备血管重构和骨组织修复方面药物的应用。
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008125916A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Bio Verde:Kk | 生体組織再生用足場材料およびドラッグデリバリーシステム（ｄｄｓ）用担体 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9393272B2 (en) * | 2011-08-09 | 2016-07-19 | Wake Forest University Health Sciences | Co-encapsulation of live cells with oxygen-generating particles |
| KR20180016670A (ko) * | 2016-08-04 | 2018-02-19 | 인천대학교 산학협력단 | 과산화칼슘을 이용한 서방형 산소 방출형 ｉｎ ｓｉｔｕ 가교 하이드로젤의 제조방법 및 이의 생의학적 용도 |
| US20210113736A1 (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-22 | University Of Massachusetts | Oxygen-releasing biomaterials, articles and methods |
| CN111888521B (zh) * | 2020-06-11 | 2021-12-17 | 上海禾麦医学科技有限公司 | 骨修复材料及其制备方法 |
| CN114762737A (zh) * | 2021-01-15 | 2022-07-19 | 天津大学 | 高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN113499444A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-10-15 | 华源再生医学(香港)有限公司 | 氧气缓释材料及其制备方法和药物 |
| CN114836047A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-02 | 浙江理工大学 | 一种磷酸钙寡聚体-GelMA水凝胶复合系统及其制备方法 |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008125916A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Bio Verde:Kk | 生体組織再生用足場材料およびドラッグデリバリーシステム（ｄｄｓ）用担体 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Oxygen-generating smart hydrogels supporting chondrocytes survival in oxygen-free environments;Caterine Yesenia Carrasco Montesdeoca;Colloids and Surfaces B: Biointerfaces;20200613;第194卷;摘要及2.3节 * |
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