一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及高分子功能材料领域，具体涉及一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、关节几乎承载了所有涉及到运动的人体生命活动，其中骨-软骨结构在人体关节的生理活动中承担重要的润滑和支撑功能。骨-软骨缺损主要涉及到软骨损伤导致的关节软骨的润滑功能下降，以及缺损区域力学性能的缺失，进而引发骨关节炎和其他退行性疾病，严重影响人的正常生命活动。因此，兼顾力学性能和润滑性能对骨-软骨缺损修复至关重要。

2、针对骨-软骨缺损的修复，传统的临床治疗手段如微骨折法、自体细胞移植等往往长期效果不佳或存在较大副作用。近年来，利用仿生手段设计组织工程支架为骨-软骨缺损修复提供了新的途径。但是，由于骨-软骨的天然分层结构，现有的支架材料难以兼顾骨-软骨结构的力学适配性及软骨润滑性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的支架材料难以兼顾适应骨-软骨结构的力学性能和润滑性能，提供一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶，所述双层水凝胶为cg/og-ca dl，所述双层水凝胶的上层是由ca2+交联的氧化结冷胶和结冷胶的复合水凝胶gg/ggox-ca；下层是由羧基甲基丙烯酸甜菜碱掺杂甲基丙烯酰化明胶制备的水凝胶gelma-pcbma。

3、本发明同时提供了上述基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将甲基丙烯酰化明胶、交联剂mba、引发剂i2959溶解于超纯水中，通过紫外光交联得到gelma水凝胶；

5、s2、将gelma水凝胶在两性离子单体羧基甲基丙烯酸甜菜碱、交联剂mba、引发剂i2959的混合溶液中浸泡过夜，通过紫外光交联得到下层的gelma-pcbma水凝胶；

6、s3、将结冷胶、氧化结冷胶溶解于超纯水中，加入浓度为5mg/ml的氯化钙溶液反应，将反应液注入到s2中的gelma-pcbma水凝胶上，待液体凝固后向表面加入浓度为5wt％的氯化钙溶液浸泡，得到上层为gg/ggox-ca，下层为gelma-pcbma的双层水凝胶cg/og-cadl。

7、优选地，所述s1中甲基丙烯酰化明胶浓度为10-15wt％；交联剂mba浓度为0.15wt％；引发剂i2959的浓度为0.15wt％。

8、优选地，所述s2中，所述混合溶液中两性离子单体羧基甲基丙烯酸甜菜碱的浓度为23wt％；交联剂mba浓度为0.15wt％；光引发剂i2959浓度为1wt％。

9、进一步优选，所述s3中结冷胶浓度为0.8-1.6wt％；氧化结冷胶浓度为0.2-0.4wt％；结冷胶和氧化结冷胶的质量比为8:2。

10、本发明还提供了上述的基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶在制备骨-软骨支架材料中的应用。

11、本发明所具有的有益效果：

12、(一)本发明提供了一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶，该凝胶具有双层结构，上层“类骨层”是由ca2+交联的氧化结冷胶(ggox)和结冷胶(gg)的复合水凝胶，为骨缺损修复提供钙源及力学支撑性能；下层“类软骨层”由羧基甲基丙烯酸甜菜碱(cbma)掺杂的甲基丙烯酰化明胶(gelma)制备，cbma通过渗透作用进入凝胶空隙，经光引发在内部交联形成pcbma，提供持续性润滑性能；因此本发明中的基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶可应用在骨-软骨修复的支架材料中，其兼具力学性能和润滑性能的特点能显著提高支架对骨-软骨缺损的修复效果。

13、(二)本发明提供的基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶的制备方法，该制备方法制备过程简单，不需要特殊设备，操作与制备工艺简单，易于实现批量生产与应用推广。

技术特征：

1.一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶，其特征在于，所述双层水凝胶为cg/og-ca dl，所述双层水凝胶的上层是由ca2+交联的氧化结冷胶和结冷胶的复合水凝胶gg/ggox-ca；下层是由羧基甲基丙烯酸甜菜碱掺杂甲基丙烯酰化明胶制备的水凝胶gelma-pcbma。

2.一种基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s1中甲基丙烯酰化明胶浓度为10-15wt％；交联剂mba浓度为0.15wt％；引发剂i2959的浓度为0.15wt％。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s2中，所述混合溶液中两性离子单体羧基甲基丙烯酸甜菜碱的浓度为23wt％；交联剂mba浓度为0.15wt％；光引发剂i2959浓度为1wt％。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s3中结冷胶浓度为0.8-1.6wt％；氧化结冷胶浓度为0.2-0.4wt％；结冷胶和氧化结冷胶的质量比为8:2。

6.如权利要求1所述的基于两性离子聚合物的骨-软骨适配性双层水凝胶在制备骨-软骨支架材料中的应用。

技术总结
本发明中公开了一种基于两性离子聚合物的骨‑软骨适配性双层水凝胶，所述双层水凝胶为CG/OG‑Ca DL，所述双层水凝胶的上层“类骨层”是由Ca<supgt;2+</supgt;交联的氧化结冷胶和结冷胶的复合水凝胶GG/GGox‑Ca，为骨缺损修复提供钙源及力学支撑性能；下层“类软骨层”是由羧基甲基丙烯酸甜菜碱掺杂甲基丙烯酰化明胶制备的水凝胶GelMA‑PCBMA，提供持续性润滑性能，因此本发明中的基于两性离子聚合物的骨‑软骨适配性双层水凝胶应用在骨‑软骨修复的支架材料中，能显著提高骨‑软骨缺损的修复效果。本发明同时提供了上述基于两性离子聚合物的骨‑软骨适配性双层水凝胶的制备方法，该制备方法简单，可大批量生产与应用推广。

技术研发人员：谢婧,丁少沛,李建树,俞鹏
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16