CN118271651A - 一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法 - Google Patents
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法。本发明提供水凝胶的制备方法具体包括以下步骤：(a)将明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液搅拌均匀，50℃下反应，再加入磷酸盐缓冲液稀释后停止反应，透析，制得GelMA；(b)将GelMA、2‑乙磺酸缓冲液、N‑羟基丁二酰亚胺和混合液A在60℃下反应24h，透析，即得GelMA‑ALN；(c)将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液在加热条件下反应后，再加入GelMA‑ALN、去离子水和光引发剂，然后经UV光照射，即得所述改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料。该水凝胶材料能够促进骨组织的再生，并且具有良好的生物相容性、细胞粘附性以及降解性。
Description
技术领域
本发明涉及水凝胶材料技术领域，具体涉及一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法。
背景技术
骨缺损作为临床常见的骨科疾病，治疗周期长，损伤大，可能由创伤、肿瘤或骨髓炎等因素引起，骨缺损的治疗仍然是临床实践中的主要挑战之一。目前临床治疗骨缺损的方法包括无创治疗和有创治疗。手术治疗是治疗骨缺损最有效的方法，如植骨、Masquelet技术、Ilizarov技术等，但这由于其疾病传播风险以及需要二次手术的可能性，它并不适合所有患者。
水凝胶和3D打印技术是近年来备受关注的新兴技术，它们为治疗骨缺损提供了全新的思路。而3D打印技术能够制造出高度个性化的人工骨复合材料，适应患者的具体需求，提高治疗效果。目前，已经有许多方法对治疗感染性骨缺损有一定的效果，但是也有许多不足之处。因此，通过研发可注射的GelMA-ALN水凝胶，结合3D打印技术，旨在提供一种更为便捷、个性化的骨缺损治疗方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应2-3h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析5-7天，即得GelMA；
进一步地，明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为1-2g：5-10mL：50mL。
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN；
进一步地，GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为1-2g：20mL：2-3mL：2-3mL：10mL；
进一步地，混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液中制成。
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在55-65℃下反应3-5h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用5-10W室温UV光照射混合物，光照时间为1-3min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶；
进一步地，甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为1-2：5-8：10-15：100：1；
进一步地，壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以1-2g：1mL：50-100mL的用量比混合搅拌而成。
第二方面，本发明还提供一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料，由所述改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法制备得到的。
本发明的有益效果：
本发明提供的水凝胶通过引入ALN和甲基丙烯酰化壳聚糖成分，能够促进骨组织的再生，并且具有良好的生物相容性、细胞粘附性以及降解性。其中，ALN的引入可以用来调控骨细胞活性并抑制骨组织中的感染来促进骨组织的再生，这是因为ALN在骨代谢调控方面具有潜在的积极作用。此外，本发明的水凝胶材料能够结合3D打印技术，为病人提供一种更为便捷、个性化的骨缺损治疗方案。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应2h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析5天，即得GelMA，明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为1g：5mL：50mL；
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN，GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为1g：20mL：2mL：2mL：10mL，混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液中制成；
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在55℃下反应3h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用5W室温UV光照射混合物，光照时间为1min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为1：5：10：100：1，壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以1g：1mL：50mL的用量比混合搅拌而成。
实施例2
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应2.5h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析6天，即得GelMA，明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为1.3g：7mL：50mL；
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN，GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为1.3g：20mL：2.4mL：2.3mL：10mL，混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液中制成；
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在60℃下反应4h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用5W室温UV光照射混合物，光照时间为2min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为1.3：6：12：100：1，壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以1.4g：1mL：70mL的用量比混合搅拌而成。
实施例3
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应3h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析7天，即得GelMA，明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为1.6g：9mL：50mL；
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN，GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为1.6g：20mL：2.7mL：2.6mL：10mL，混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液中制成；
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在65℃下反应5h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用10W室温UV光照射混合物，光照时间为3min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为1.7：7：13：100：1，壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以1.8g：1mL：80mL的用量比混合搅拌而成。
实施例4
一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应3h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析7天，即得GelMA，明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为2g：10mL：50mL；
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN，GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为2g：20mL：3mL：3mL：10mL，混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液中制成；
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在65℃下反应5h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用10W室温UV光照射混合物，光照时间为3min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶，甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为2：8：15：100：1，壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以2g：1mL：100mL的用量比混合搅拌而成。
对比例
本对比例为一种壳聚糖水凝胶，与实施例3的区别在于步骤S2中未添加混合液A，其余均相同。
将实施例1-4以及对比例制备的水凝胶进行促进骨细胞增殖检测：在含有10％(v/v)胎牛血清(FBS)的α-MEM培养基(α-MEM)中，将前成骨细胞MC3T3-E1细胞以每孔1×104细胞的密度接种到96孔板中，100U/mL链霉素和100U/mL青霉素在37℃的潮湿5％CO2气氛中孵育过夜。将24个含有前成骨细胞MC3T3-E1细胞的孔随机分为6组，在这六组中，仅向第1组添加PBS，并向第2、3、4、5、6组依次添加50μg/mL实施例1-4以及对比例制备的水凝胶孵育24小时后，移出培养基并用PBS洗涤3次，然后加入新鲜的培养基，置于培养箱中孵育一段时间，最后使用酶标仪检测并记录在450nm波长处的吸光度，通过以下公式计算细胞存活率：细胞存活率(％)＝(实验组吸光度-空白组吸光度)/(阴性对照组吸光度-空白组吸光度)×100％。测试结果如下表所示：
从上表可以看出，与第1组和第6组相比，第3、4、5组的前成骨细胞有明显增殖，说明本发明提供的水凝胶能够显著促进骨细胞的增长。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将明胶、甲基丙烯酸酐和pH为7.4的磷酸盐缓冲液加入反应器中搅拌均匀，并在50℃下反应2-3h，再加入50mL磷酸盐缓冲液稀释反应混合物停止反应后，用去离子水在透析管中透析5-7天，即得GelMA；
步骤S2、将GelMA分散在0.5mol/L，pH为5的2-乙磺酸缓冲液中，然后将混合物冷却至37℃，再向混合液中加入3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液和3mmol/LN-羟基丁二酰亚胺，以800rpm的转速搅拌20min后，再加入混合液A，并升温至60℃反应24h，待反应结束后，将混合液在40℃的去离子水中透析5天，然后冷冻干燥2天，即得GelMA-ALN；
步骤S3、将甲基丙烯酸酐和壳聚糖乙酸水溶液加入反应器中搅拌均匀后，在55-65℃下反应3-5h，待反应结束后，加入GelMA-ALN和去离子水搅拌混合均匀，再加入光引发剂，搅拌均匀后，使用5-10W室温UV光照射混合物，光照时间为1-3min，即得改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法，其特征在于，步骤S1中明胶、甲基丙烯酸酐和磷酸盐缓冲液的用量比为1-2g：5-10mL：50mL。
3.根据权利要求1所述的一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法，其特征在于，步骤S2中GelMA、0.5mol/L 2-乙磺酸缓冲液、3mmol/L 2-乙磺酸缓冲液、N-羟基丁二酰亚胺和混合液A的用量比为1-2g：20mL：2-3mL：2-3mL：10mL。
4.根据权利要求3所述的一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法，其特征在于，所述混合液A是由3mmol/L阿仑膦酸钠分散在10mL的0.5mol/L2-乙磺酸缓冲液中制成。
5.根据权利要求1所述的一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法，其特征在于，步骤S3中甲基丙烯酸酐、壳聚糖乙酸水溶液、GelMA-ALN、去离子水和光引发剂的质量比为1-2：5-8：10-15：100：1。
6.根据权利要求5所述的一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料制备方法，其特征在于，所述壳聚糖乙酸水溶液是由壳聚糖、乙酸和去离子水以1-2g：1mL：50-100mL的用量比混合搅拌而成。
7.一种改性甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶材料，其特征在于，由权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制备得到。
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| CN109627462A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-16 | 西安理工大学 | 一种高强度甲基丙烯酰化壳聚糖水凝胶的制备方法 |
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| 李保强: "《壳聚糖生物材料》", 30 June 2017, 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, pages: 229 - 236 * |
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