CN116284866B - 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116284866B
CN116284866B CN202310338884.0A CN202310338884A CN116284866B CN 116284866 B CN116284866 B CN 116284866B CN 202310338884 A CN202310338884 A CN 202310338884A CN 116284866 B CN116284866 B CN 116284866B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
lignin
niobium
composite material
solution
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
CN202310338884.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116284866A (zh
Inventor
张艳丽
邵龙泉
张玉琳
郑�硕
常成
闫星辰
盛立远
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.)
Stomatological Hospital Of Southern Medical University
Original Assignee
Stomatological Hospital Of Southern Medical University
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 Stomatological Hospital Of Southern Medical University filed Critical Stomatological Hospital Of Southern Medical University
Priority to CN202310338884.0A priority Critical patent/CN116284866B/zh
Publication of CN116284866A publication Critical patent/CN116284866A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116284866B publication Critical patent/CN116284866B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • 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
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
    • 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
    • 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
    • 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
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
    • 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
    • A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
    • A61L2300/602—Type of release, e.g. controlled, sustained, slow
    • 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
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2389/00—Characterised by the use of proteins; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2497/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

本发明具体公开了一种负载纳米木质素‑纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用。所述制备方法为：将碱木质素溶于有机溶剂中，制得碱木质素溶液；将铌纳米颗粒溶液逐滴加入涡旋的碱木质素溶液中，直至得到含水量为50~99 wt%的纳米木质素‑纳米铌溶液；将纳米木质素‑纳米铌溶液清洗干燥后得到纳米木质素‑纳米铌复合材料；将纳米木质素‑纳米铌复合材料溶解于水凝胶溶液中使其凝胶化，即得。本发明所得的负载纳米木质素‑纳米铌复合材料的水凝胶具有良好的缓释性能，能有效并长时间地释放具有促血管生成性能的纳米铌，从而更好地发挥修复组织缺损的功效，并具有良好的生物安全性。此外，此法设备简单，操作方便，并具有良好的稳定性。

Description

一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方 法与应用
技术领域
本发明涉及生物医学材料及其制备方法，特别是涉及一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
在伤口愈合和组织缺损修复的过程中，充分的血管再生能够实现氧气和营养物质的输送和废物的清除，增强细胞活性，有效增加组织缺损的修复效率。因此，保证血管能够成功再生，在组织缺损修复中起到至关重要的作用。具有血管再生能力的支架是组织工程领域中的亟待解决的前沿方向和热点问题。
纳米铌作为一种新兴材料，在生物医学领域有着广泛的应用，但其是否具有成血管性能目前尚未见报道。我们研究发现纳米铌（Nb NPs）可以促进内皮细胞的成管能力，并增加成血管相关的蛋白质表达，从而可以更高效地修复组织缺损。因此，本专利选择纳米铌作为组织缺损修复中发挥促血管效能的核心物质。然而，在修复组织缺损的实际应用中，控制有效成分纳米铌长时间稳定地释放是实现治疗效果的重中之重。此外，现有的组织工程支架存在复合颗粒突释风险，有效成分在短时间内的过量释放会影响治疗效果，不利于组织恢复。
因此，形成一种更加安全有效且同时具有缓释性能及促血管生成效果的支架材料至关重要。
发明内容
本发明针对上述现有技术的缺点与不足，提出了一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，获得了一种能有效并长时间的释放纳米铌，避免了支架急剧降解导致的复合颗粒突释的不良后果，具有良好的药物缓释性和优越的生物安全性的复合材料。
本发明的第二个目的在于提供通过上述方法制备得到的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶。
本发明的第三个目的在于提供上述负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的应用。
为实现本发明的目的，提供如下的技术方案：
一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碱木质素溶于有机溶剂中，搅拌、离心后得碱木质素的有机溶液；
（2）利用反沉淀法，将铌纳米颗粒溶液逐滴加入到涡旋的步骤（1）所得的碱木质素的有机溶液中，直至得到含水量为50~99 wt%的纳米木质素-纳米铌溶液；
（3）保持旋涡步骤（2）得到的纳米木质素-纳米铌溶液，离心、水洗、干燥后得到纳米木质素-纳米铌复合材料；
（4）将5~50 μg的步骤（3）中纳米木质素-纳米铌复合材料溶解于水凝胶溶液中并使其凝胶化，即得负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶。
优选的，步骤（1）中所述的有机溶剂为甲醇或四氢呋喃中的至少一种；
更优选的，所述的有机溶剂为甲醇，甲醇相较于四氢呋喃具有绿色无毒且价格低廉的优势。
优选的，步骤（1）中所述的离心条件为800 rpm瞬时离心。
优选的，步骤（1）中所述的搅拌方法为以600~800 rpm的速度磁力搅拌2~3 h。
优选的，步骤（1）中所述的碱木质素/甲醇溶液的浓度为6~8 mg/mL。
优选的，步骤（2）中所述的铌纳米颗粒溶液是将直径为40~60 nm的铌纳米颗粒溶于去离子水中，得到的溶液浓度为100 μg/mL。
优选的，步骤（2）中所述的逐滴加入是利用点滴注射器以0.5~0.75秒/滴的速度滴入铌纳米颗粒溶液。
优选的，步骤（2）中所述的涡旋条件为以600~800 rpm的速度磁力搅拌。
优选的，步骤（2）中所述的纳米木质素/纳米铌溶液的质量分数为75%。
优选的，步骤（3）中所述的涡旋方法为室温下以600~800 rpm的速度磁力搅拌10~15 min。
优选的，步骤（3）中所述的离心条件为10000 g离心10~15 min。
优选的，步骤（4）中称取所述的纳米木质素/纳米铌复合材料的质量为25 μg。
优选的，步骤（4）中所述的光照辐射为以405 nm光源辐照10~30 s。
本发明还提供上述制备方法得到的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶。
另外，本发明还提供上述负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶在制备促血管再生支架中的用途。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明制备的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶可以在体内发挥促血管生成效能。它能够在内皮细胞中稳定释放纳米铌，从而增强内皮细胞的成管能力，并增加内皮细胞细中成血管相关蛋白的表达，为组织缺损修复创造良好的供能环境。因此，可广泛应用于组织再生工程领域，具有良好的应用前景。
（2）本发明所制备的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶中，无论是与纳米铌颗粒融合的纳米木质素还是包覆在纳米木质素-纳米铌复合材料外部的水凝胶，均能使纳米铌缓慢释放。因此，纳米木质素和水凝胶的协同作用会加强材料的缓释性能，从而使该材料能有效并长时间的释放纳米铌，避免了支架急剧降解导致的复合颗粒突释的不良后果，具有良好的药物缓释性和优越的生物安全性。
（3）本发明的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶制备过程中，应用了反沉淀法制备纳米木质素-纳米铌复合材料，反沉淀法相较于目前常用的制备纳米级材料的纳米沉淀法具有所制得的纳米颗粒大小分布均匀、形态良好的优势，从而更有利于纳米铌更加均匀有效地作用于缺损组织，达到更好的修复效果。
（4）本发明所采用的制备负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的方法原料成本低，制备工艺简单，合成条件温和，所制得的材料具有较好的稳定性和优异的生物相容性，具有良好的工业化生产前景。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1为通过不同制备方法利用不同有机溶剂制得的纳米木质素的扫描电镜图。
图2为纳米木质素-纳米铌复合材料的表面形态和元素分布图；其中，图2A为纳米木质素/纳米铌复合材料的SEM图；图2B为纳米木质素/纳米铌复合材料的EDS图；图2C为纳米木质素/纳米铌复合材料的ICP图。
图3为不同浓度的纳米木质素-纳米铌溶液作用于内皮细胞后，内皮细胞的成管情况；其中，图3A为Control组的内皮细胞成管结果图；图3B为1 μg/mL LNPs组的内皮细胞成管结果图；图3C为1 μg/mL LNPs-Nb组的内皮细胞成管结果图；图3D为5 μg/mL LNPs-Nb组的内皮细胞成管结果图；图3E为10 μg/mL LNPs-Nb组的内皮细胞成管结果图。
图4为不同浓度的纳米木质素-纳米铌溶液作用于内皮细胞后，内皮细胞中与成血管相关的蛋白质的表达情况。
图5为不同浓度的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶作用于后肢缺血小鼠后，小鼠供血的情况；其中，图5A、图5B分别为Control组作用后第1天和第14天的后肢血流灌注情况；图5C、图5D分别为LNPs组作用后第1天和第14天的后肢血流灌注情况；图5E、图5F分别为LNPs-NbL组(一个水凝胶样本含5 μg的LNPs-Nb)作用后第1天和第14天的后肢血流灌注情况；图5G、图5H分别为LNPs-NbM组(一个水凝胶样本含25 μg的LNPs-Nb)作用后第1天和第14天的后肢血流灌注情况；图5I、图5J分别为LNPs-NbH组(一个水凝胶样本含50 μg的LNPs-Nb)作用后第1天和第14天的后肢血流灌注情况。
实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤、条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若无特别说明，实施例中所用的实验方法均为本领域技术人员所熟知的常规方法和技术，试剂或材料如无特殊说明均为通过商业途径得到。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
为得到纳米木质素承载的纳米级复合材料的最优制备方法，优先通过制备纳米木质素以探究最优的制备方法。
称取60 mg碱木质素，溶于10 mL甲醇中，得到6 mg/mL的碱木质素甲醇溶液。在室温下将溶液以750 rpm速度磁力搅拌2 h后，以800 rpm速度瞬时离心，去除不溶物质。
取2 mL的上述碱木质素甲醇溶液加入到玻璃瓶中，通过点滴注射器以0.5~0.75 s每滴的速度，将6 mL的去离子水逐滴加入以750 rpm的速度快速涡旋的碱木质素甲醇溶液中，直至得到最终含水量为75 wt%的溶液，保持750 rpm的速度持续涡旋10 min后，室温下10000 g离心10 min，收集水洗后得到纳米木质素颗粒，真空干燥。扫描电镜观察纳米木质素的表面形貌。
（1）称取10 mg碱木质素，溶于25 mL甲醇中，得到40 mg/mL的碱木质素甲醇溶液。
（2）取10 mL的去离子水加入到玻璃瓶中，通过点滴注射器以0.5~0.75 s/滴的速度，将0.4 mL的上述碱木质素甲醇溶液逐滴加入去离子水中。在室温下将溶液以750 rpm速度磁力搅拌2 h后，10000 g离心10 min，收集水洗后得到纳米木质素颗粒，真空干燥。扫描电镜观察纳米木质素的表面形貌。
实验方法同实施例1，唯一不同的是：步骤（1）和（2）中将碱木质素溶于二甲基甲酰胺中，并将获得碱木质素二甲基甲酰胺溶液加入玻璃瓶中进行后续操作。
实验方法同实施例2，唯一不同的是：步骤（1）和（2）中将碱木质素溶于二甲基甲酰胺中，并将上述获得碱木质素二甲基甲酰胺溶液滴入装有去离子水的玻璃瓶中。
实验方法同实施例1，唯一不同的是：步骤（1）和（2）中将碱木质素溶于四氢呋喃中，并将上述获得碱木质素四氢呋喃溶液加入玻璃瓶中进行后续操作。
实验方法通实施例2，唯一不同的是：步骤（1）和（2）中将碱木质素溶于四氢呋喃中，并将上述获得碱木质素四氢呋喃溶液滴加入装有去离子水的玻璃瓶。
表1为实施例1-6纳米木质素材料的制备方案及配方
首先对实施例1到实施例6得到的纳米木质素进行表面形貌的观察，扫描电镜图如图1所示。其中，1A、1B分别为通过反沉淀法利用甲醇制备的纳米木质素的扫描电镜图；图1C、1D分别为通过沉淀法利用甲醇制备的纳米木质素的扫描电镜图；图1E、1F分别为通过反沉淀法利用二甲基甲酰胺制备的纳米木质素的扫描电镜图；图1G、1H分别为通过沉淀法利用二甲基甲酰胺制备的纳米木质素的扫描电镜图；图1I、1J分别为通过反沉淀法利用四氢呋喃制备的纳米木质素的扫描电镜图；图1K、1L分别为通过沉淀法利用四氢呋喃制备的纳米木质素的扫描电镜图。结果表明：通过沉淀法制备的纳米木质素普遍无法制得大小均匀、形态规则的纳米木质素（图1C、1D、1G、1H、1K、1L）。通过反沉淀法利用二甲基甲酰胺制备的纳米木质素也存在着表面粗糙，形态不均匀的问题（图1E、1F）。而通过反沉淀法利用四氢呋喃制备的纳米木质素具有形态较为规整的和大小分布较为均匀的特点（图1I、1J）。通过反沉淀法利用甲醇制备的纳米木质素大小分布最为均匀，形态良好，且绿色无毒性（图1A、1B）。
（1）称取60 mg碱木质素，溶于10 mL甲醇中，得到6 mg/mL的碱木质素甲醇溶液。将溶液以750 rpm速度磁力搅拌2 h后，以800 rpm速度瞬时离心，去除不溶物质。
（2）将40~60 nm的纳米铌溶于去离子水中得到100 μg/mL的纳米铌颗粒溶液。取2mL离心后的碱木质素甲醇溶液加入到玻璃瓶中，通过点滴注射器以0.5~0.75秒/滴的速度，将6 mL（与实施例1中去离子水的体积一致）的纳米铌颗粒溶液逐滴加入以750 rpm的速度快速涡旋的碱木质素/甲醇溶液中，直至得到最终含水量为75 wt%的溶液，保持750 rpm的速度持续涡旋10 min后，室温下10000 g离心10 min，收集水洗后得到纳米木质素-纳米铌复合材料，真空干燥。
（3）扫描电镜观察纳米木质素-纳米铌颗粒的表面形貌和元素分布，并利用电感耦合等离子体(ICP)检测纳米木质素-纳米铌复合材料中铌元素的含量。
对实施例7得到的纳米木质素-纳米铌复合材料进行表面形貌观察(SEM)、元素分布分析(EDS)和铌元素含量检测(ICP)，结果表明：纳米木质素与纳米铌颗粒成功融合形成粒径均匀、形态规则的纳米木质素-纳米铌复合材料（图2A、2B）。该复合材料中铌元素占比为16.11%（图2C）、含铌质量分数为2.94%。
为了验证纳米木质素/纳米铌复合材料的成血管效果，并探究纳米木质素-纳米铌发挥促血管生成的最佳浓度，故通过下列体外实验对不同浓度的纳米木质素-纳米铌的促血管性能进行测试：
（1）将实施例7制备得到的纳米木质素-纳米铌复合材料溶解于DMEM培养基中，分别配置成含5 μg/mL 纳米木质素的溶液以及含5、10、20 μg/mL的纳米木质素-纳米铌的溶液。
（2）将HUVEC内皮细胞系铺于六孔板，待细胞生长至密度80%，每孔加入2 mL上述溶液，提前预处理12 h，并随机分成5组：① Control组；② 1 μg/mL纳米木质素组（LNPs）；③1 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；④ 5 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；⑤10 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）。
（3）每孔加入0.5 mL PBS洗涤1次，加入250 μL胰酶消化1 min，吹打收集后离心1000 rpm 5 min 22 ℃。离心后弃液，每个样本加入1 mL ECM（内皮细胞培养基）重悬待用。
（4）-20 ℃取出ibidi血管生成载玻片，每孔中加入10 μL的基质胶。盖上ibidi血管生成载玻片的盖子。准备一个10 cm的培养皿，放入浸过纯水的无菌纱布，制成一个湿盒。将ibidi血管生成载玻片放入培养皿中，盖上培养皿盖。冰上放置10 min，常温放置30 min。
（5）将细胞悬液进行计数。使用ECM配置成密度为1.2×104个/mL的细胞悬液于EP管中，充分混匀。将ibidi血管生成载玻片从湿盒中取出。每组1孔，每孔加入50 μL的细胞悬液，加入前反复吹打混匀，盖上盖子后，置于37 ℃培养箱，每隔30 min观察成管情况。在最佳成管时间点采集图像并统计结果。
内皮细胞的成管状态如图3所示，内皮细胞在1、5、10 μg/mL的LNPs-Nb处理组的作用下（图3C、D、E）的成管长度、覆盖面积与成环数均多于Control组（图3A）和LNPs组（图3B）。而在三种不同浓度LNPs-Nb处理组中，随着浓度的升高，5 μg/mL LNPs-Nb组（图3D）作用下的内皮细胞成管长度、覆盖面积与成环数多于1 μg/mL LNPs-Nb组（图3C），然而10 μg/mLLNPs-Nb组（图3E）的内皮细胞成管水平要明显低于5 μg/mL LNPs-Nb组。由此可见，纳米木质素-纳米铌能显著促进内皮细胞成管能力，并且5 μg/mL纳米木质素-纳米铌的作用浓度可以达到最好的促成管效果。
（1）将实施例7制备得到的纳米木质素-纳米铌复合材料溶解于DMEM培养基中，分别配置成浓度为1 μg/mL纳米木质素的溶液以及浓度为1、5、10 μg/mL的纳米木质素/纳米铌的溶液。
（2）将HUVEC内皮细胞系铺于六孔板，待细胞生长至密度80%，每孔加入2 mL上述溶液，提前预处理12 h，并随机分成5组：① Control组；② 1 μg/mL纳米木质素组（LNPs）；③1 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；④ 5 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；⑤10 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）。
（3）每孔加入0.5 mL PBS洗涤1次，加入250 μL胰酶消化1 min，吹打收集后离心1000 rpm 5 min 22 ℃。离心后弃液，每个样本加入1 mL ECM重悬待用。
（4）用RIPA裂解缓冲液提取总蛋白。用BCA试剂盒检测药物浓度。每个蛋白质样品用10 μg的十二烷基硫酸钠-PAGE分离后转移到聚偏氟乙烯膜上。用封闭缓冲液封闭30 min后，在4 ℃下与抗体孵育过夜，与其对应的二抗孵育。以GAPDH为内标。
内皮细胞中与成血管相关的蛋白质的表达情况如图4所示；其中，①为Control组；②为1 μg/mL纳米木质素组（LNPs）；③为1 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；④为5 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）；⑤为10 μg/mL纳米木质素/纳米铌组（LNPs-Nb）。CD31和VEGFA是标志内皮细胞成血管能力的蛋白，p-VEGFR2是VEGFA的受体蛋白，p-YAP是调控内皮细胞成管过程的通路蛋白。内皮细胞在1、5、10 μg/mL LNPs-Nb处理组作用下的成血管相关蛋白的表达均多于Control组和LNPs组。而在三种不同浓度LNPs-Nb处理组中，随着浓度的升高，5 μg/mL LNPs-Nb组作用下的内皮细胞中成血管相关蛋白的表达多于1 μg/mLLNPs-Nb组，然而10 μg/mL LNPs-Nb组作用下的内皮细胞成血管相关蛋白的表达明显低于5μg/mL LNPs-Nb组。由此可见，纳米木质素-纳米铌复合材料能显著促进内皮细胞成血管通路中相关蛋白质的表达，并且5 μg/mL纳米木质素/纳米铌的作用浓度可以达到最好的效果。
由于与纳米铌颗粒融合的纳米木质素和包覆在纳米木质素/纳米铌复合材料外部的水凝胶都能使铌元素缓慢释放，故将在接下来的实验中验证负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶中纳米木质素和水凝胶共同的缓释效果：
将20 mL PBS加入内含0.05 g引发剂LAP的棕瓶中，以40~50 ℃水浴加热溶解15min，期间震荡数次，得到引发液标准溶液。再将上述引发剂标准溶液加入1 g的GelMA中，震荡使其充分浸润。以60~70 ℃避光水浴加热溶解20~30 min，期间震荡数次，得到水凝胶溶液。
（2）称取25 μg实施例7中制得的纳米木质素-纳米铌复合材料溶解于步骤（1）中的150 μL的水凝胶GelMA溶液中，以405 nm光源辐照10~30 s使其凝胶化，即得负载纳米木质素/纳米铌复合材料的水凝胶。
（3）将步骤（2）中得到的负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶置于离心管中，加入10mL PBS缓冲液，封口膜紧密封住离心管，锡箔纸包裹离心管，放置于37 ℃摇床中100 rpm震荡，分别于1 d、3 d、5 d、7 d取出3 mL的缓释液，用于铌元素含量的检测，同时加入新鲜的3mL PBS。将收集的缓释液储存于4 ℃冰箱中避光保存。采用高效液相色谱仪检测铌元素的缓释浓度，铌元素累积释放量按下式计算：
Q=CnVt+Vs∑Cn−1
其中，Q为累积释放量，Cn为时间t时的铌元素浓度。Vt为介质体积(Vt=10 mL)，Vs为从上清液中除去的溶液体积(Vs=3 mL)。
表2 负载纳米木质素-纳米铌的水凝胶的铌元素累积释放量百分比
结果可见（表2），实施例10中负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶在第7天有铌元素的稳定释放，且仍有较大的铌元素储备。这表明负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶中纳米木质素和水凝胶共同起到了非常显著的缓释效果，从而为组织缺损修复中的血管再生过程创造良好的条件。
为进一步探究负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶在体内的促血管生成效果，本专利构建了小鼠后肢缺血模型，通过观察负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶对后肢缺血小鼠供血的恢复情况，验证该材料体内的促成管效果并探究达到最佳体内血管再生效果的材料配方。具体制备方案如下：
将20 mL PBS加入内含0.05 g引发剂LAP的棕瓶中，以40~50 ℃水浴加热溶解15min，期间震荡数次，得到引发液标准溶液。再将上述引发剂标准溶液加入1 g的GelMA中，震荡使其充分浸润。以60~70 ℃避光水浴加热溶解20~30 min，期间震荡数次，得到水凝胶GelMA溶液。
（2）称取5μg的步骤（3）中纳米木质素/纳米铌复合材料溶解于150 μL的水凝胶GelMA溶液中，作为低浓度组（LNPs-NbL）。以405 nm光源辐照10~30 s使其凝胶化，即得负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶，将制备好的负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶置于37 ℃孵箱中避光待用。
（3）以1%戊巴比妥按照 0.15 mL/20 g剂量对8~10周龄的c57BL/6小鼠进行腹腔注射麻醉，麻醉后将小鼠放于手术台上，将四肢用胶带牵拉固定在塑料平板上，用脱毛膏将手术区域进行脱毛，碘酊消毒，在左侧大腿腹侧做1.5 cm长的切口，使用拉钩牵拉，钝性分离大腿肌肉和周围的脂肪组织，充分暴露包含股动脉、股静脉和股神经的血管束，在显微镜下小心剥离股静脉和股神经，分别从股动脉的近端（腹股沟韧带）和远端（隐动脉、膝动脉和腘动脉的分叉处）进行结扎，切断结扎线之间的股动脉及其侧支血管，结扎切除后立即将步骤（2）中的负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶放于股动脉切除的部位，皮肤使用6-0的手术缝线进行缝合，置于37 ℃的保温垫至小鼠苏醒放回鼠笼中。将小鼠的四肢固定在操作台上，于术后1 d、14 d对小鼠进行激光多普勒血流检测，测量双侧后肢血流灌注。
实验方法同实施例11，唯一不同的是：步骤（2）中称取纳米木质素/纳米铌复合材料25 μg，溶解于150 μL水凝胶GelMA溶液中，作为中浓度组（LNPs-NbM）。
实验方法同实施例11，唯一不同的是：步骤（2）中将纳米木质素/纳米铌复合材料50 μg，溶解于150 μL水凝胶GelMA溶液中，作为高浓度组（LNPs-NbH）。
结果可见（图5），后肢缺血小鼠在LNPs-NbL组、LNPs-NbM组、LNPs-NbH组的作用下，第14天的供血恢复状况优于Control组（图5B）和LNPs组（图5D）。在三种不同浓度LNPs-Nb处理组中，随着浓度的升高，LNPs-NbM组作用下的后肢血流灌注恢复情况要强于LNPs-NbL组，然而LNPs-NbH组作用下的供血恢复状况要远弱于LNPs-NbM组。由此可见，负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶在体内能显著促进血管再生，并且将25 μg纳米木质素/纳米铌复合材料溶解于150 μL水凝胶GelMA溶液所制得的中浓度组的负载纳米木质素/纳米铌的水凝胶可以在体内达到最好的促血管再生效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碱木质素溶于有机溶剂中，得碱木质素的有机溶液，所述有机溶剂为甲醇或四氢呋喃中的一种或两种；
（2）将铌纳米颗粒溶液逐滴加入涡旋的步骤（1）所得的碱木质素的有机溶液中，直至得到含水量为50~99 wt%的纳米木质素-纳米铌溶液；
（3）将步骤（2）得到的纳米木质素-纳米铌溶液清洗干燥后得到纳米木质素-纳米铌复合材料；
（4）将5~50 μg的步骤（3）中纳米木质素-纳米铌复合材料溶解于水凝胶溶液中并使其凝胶化，即得负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶。
2.根据权利要求1所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的铌纳米颗粒直径为40~60 nm。
3.根据权利要求1或2所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述碱木质素的有机溶液的浓度为6~8 mg/mL。
4.根据权利要求3所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的涡旋为以600~800 rpm的速度磁力搅拌。
5.根据权利要求1所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的逐滴加入是以0.5~0.75秒/滴的速度滴入铌纳米颗粒溶液。
6.根据权利要求1所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的凝胶化是光照辐射为以405 nm光源辐照10~30 s。
7.权利要求1～6任一项所述的方法制备得到的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶。
8.权利要求7所述的负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶在制备促血管再生支架中的用途。
CN202310338884.0A 2023-03-31 2023-03-31 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用 Active CN116284866B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310338884.0A CN116284866B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310338884.0A CN116284866B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116284866A CN116284866A (zh) 2023-06-23
CN116284866B true CN116284866B (zh) 2023-10-27

Family

ID=86834227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310338884.0A Active CN116284866B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116284866B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080024594A (ko) * 2006-09-14 2008-03-19 광주과학기술원 혈관신생-촉진 단백질 약물에 대한 서방형 국소 약물전달시스템
CN108610492A (zh) * 2018-05-22 2018-10-02 天津科技大学 一种pH敏感纳米复合水凝胶的制备方法
CN108727833A (zh) * 2017-12-07 2018-11-02 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的粘附超强抗菌水凝胶的制备方法
WO2020109671A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 Aalto University Foundation Sr Lignin particle based hydrogel and the method for preparation of lignin colloidal particles by solvent evaporation process
CN113004543A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 江南大学 一种纳米木质素/聚乙烯醇复合医用水凝胶及其制备方法
CN115286931A (zh) * 2022-07-19 2022-11-04 深圳粤源建设有限责任公司 一种透明木头及其制备方法和透明家具

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080024594A (ko) * 2006-09-14 2008-03-19 광주과학기술원 혈관신생-촉진 단백질 약물에 대한 서방형 국소 약물전달시스템
CN108727833A (zh) * 2017-12-07 2018-11-02 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的粘附超强抗菌水凝胶的制备方法
CN108610492A (zh) * 2018-05-22 2018-10-02 天津科技大学 一种pH敏感纳米复合水凝胶的制备方法
WO2020109671A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 Aalto University Foundation Sr Lignin particle based hydrogel and the method for preparation of lignin colloidal particles by solvent evaporation process
CN113004543A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 江南大学 一种纳米木质素/聚乙烯醇复合医用水凝胶及其制备方法
CN115286931A (zh) * 2022-07-19 2022-11-04 深圳粤源建设有限责任公司 一种透明木头及其制备方法和透明家具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A bioactive glass functional hydrogel enhances bone augmentation via synergistic angiogenesis, self-swelling and osteogenesis;Zhao Fujian et al.;《BIOACTIVE MATERIALS》;第22卷;Zhao Fujian et al. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116284866A (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Choi et al. A 3D cell printed muscle construct with tissue-derived bioink for the treatment of volumetric muscle loss
Tan et al. Tissue engineered esophagus by mesenchymal stem cell seeding for esophageal repair in a canine model
Zantop et al. Extracellular matrix scaffolds are repopulated by bone marrow‐derived cells in a mouse model of achilles tendon reconstruction
CA2714387C (en) Extracellular matrix compositions
CA2767600C (en) Conditioned medium and extracellular matrix compositions from cells cultured under hypoxic conditions
US6911202B2 (en) Cosmetic repair using cartilage producing cells and medical implants coated therewith
Yuan et al. AMECM/DCB scaffold prompts successful total meniscus reconstruction in a rabbit total meniscectomy model
AU746973B2 (en) Particulate acellular tissue matrix
JP2009261955A (ja) グラフト・プロテーゼとその材料及び方法
Wang et al. Functional acellular matrix for tissue repair
US10894066B2 (en) Amnion derived therapeutic compositions and methods of use
CN102665775A (zh) 诱导硬组织再生的材料
Jang et al. Tracheal regeneration using polycaprolactone/collagen-nanofiber coated with umbilical cord serum after partial resection
CN111166937A (zh) 脱细胞细胞外基质及其制备方法和生物墨水
Yang et al. Sciatic nerve repair by reinforced nerve conduits made of gelatin–tricalcium phosphate composites
Özkan et al. Repairing peripheral nerve defects by vein grafts filled with adipose tissue derived stromal vascular fraction: an experimental study in rats
Pan et al. Hydrogel modification of 3D printing hybrid tracheal scaffold to construct an orthotopic transplantation
CN112138216B (zh) 一种高度仿生骨基质的杂化交联颅骨修复多孔膜及其制备方法
CN116284866B (zh) 一种负载纳米木质素-纳米铌复合材料的水凝胶及其制备方法与应用
Liu et al. bFGF-chitosan scaffolds effectively repair 20 mm sciatic nerve defects in adult rats
CN111514374A (zh) 一种基于共培养系统构建的组织工程软骨促进软骨修复的方法
Huang et al. Stromal cell-derived factor 1 promotes cell migration to enhance bone regeneration after hypoxic preconditioning
CN105435306B (zh) 生物纳米补片的制备法及用途
CN109072185A (zh) 增强型多能细胞和微血管组织以及其使用方法
CN116585259A (zh) 一种负载纳米木质素/落新妇苷复合材料的水凝胶及其制备方法与应用

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