一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶及其制备方法

本发明属于生物材料领域，具体涉及一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、神经系统遍布人体，是感觉及运动等生理现象正常运转的基础。在日常生活中，由于意外事故、自身遗传病、酒精毒性等对神经系统造成的损伤会引起感觉功能障碍和运动系统退化，给患者带来极大伤害和困扰。若是神经系统损伤得不到及时有效的治疗，则会导致瘢痕组织增生、神经瘤或是失去神经支配后的肌肉萎缩等现象出现，使得神经-肌肉通路无法再次接通，造成永久性的损伤。

2、生物支架材料已经被用于修复神经损伤，理想的神经修复支架材料应同时具备支撑受损组织，促进并引导神经生长等功能。但是单一成分制备的生物支架材料往往难以同时满足修复受损神经的功能需求。从生物材料制备策略角度出发，设计出新型支架材料来提高神经组织的再生修复效果具有十分重要的实际意义。利用磁性能对神经修复支架进行改性，构建功能性神经损伤修复支架则是其中非常有潜力的手段。

3、神经组织是一种典型的各向异性组织，因为神经纤维在微纳米级尺度上呈现高度有序的排列，这对神经信号的高效传导和神经功能的支配具有重要意义。通过磁场调节磁性水凝胶内部结构和形态，可以实现各向异性磁性水凝胶的构筑。各向异性磁性水凝胶可以更好地模拟神经组织的特征，并提供适宜的生物力学环境来促进神经修复与再生。

4、将磁性纤维与水凝胶结合是一种很有潜力的修复神经损伤的方式。将磁性纤维掺入水凝胶体系中可以改善水凝胶的机械性能，也可响应外部磁场产生物理刺激，有利于神经细胞的生长和迁移。磁性纤维还可在外部磁场诱导下在水凝胶内部实现有序排列，提供物理支撑引导神经细胞的取向生长，而外周的水凝胶则可更好地模拟神经细胞生长时的细胞外基质环境。因此，制备有序磁性可注射水凝胶可从力学和生物学两个方面促进缺损神经组织的修复和再生，具有良好的应用前景。

5、现有各向异性磁性水凝胶的制备方法是将磁性纳米粒子直接混合到水凝胶中，然后在凝胶化期间施加外部磁场诱导磁性纳米粒子聚集成粒子串。在之后的细胞实验中，神经元也沿着粒子串的排布方向有序生长。但在此种方法中，掺入的磁性纳米粒子容易出现团聚从而产生细胞毒性，因此其使用会受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术的额不足，一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶及其制备方法，该水凝胶高度模拟天然神经组织结构，有利于细胞增殖和分化，可用于神经组织工程。

2、本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

3、一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，包括以下各步骤：

4、步骤一：将高分子纳米材料加入由二氯甲烷和n,n-二甲基甲酰胺组成的有机溶剂中溶解，得到浓度为10％-30％g/ml的高分子溶液；

5、步骤二：将磁性纳米粒子加入步骤一得到的高分子溶液中，并通过磁力搅拌和超声分散使其在高分子溶液中分散均匀，得到含有磁性纳米粒子的高分子溶液；其中，所述磁性纳米粒子与所述高分子纳米材料的质量比为1:10；

6、步骤三：使用步骤二得到的含有磁性纳米粒子的高分子溶液，通过静电纺丝技术制备磁性纤维膜，并通风干燥；

7、步骤四：将步骤三中所得的磁性纤维膜裁成数个长方形小块，并将裁下的小块排列整齐并用冷冻包埋机包埋，随后放入冷冻切片机中按预定厚度进行切割，进行多次洗涤干燥后得到长径比为15～30的磁性短纤维；

8、步骤五：将海藻酸钠和羧甲基壳聚糖加入去离子水中溶解，得到水凝胶前驱液；将步骤四得到的磁性短纤维加入所述水凝胶前驱液中混合均匀，后加入纳米碳酸钙和葡萄糖酸己内酯作为交联剂，再次混合均匀后，置于磁场下诱导所述磁性短纤维有序排列，随后继续静置，等待水凝胶前驱液充分交联，即可得到有序磁性水凝胶。

9、进一步地，所述高分子纳米材料选自聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸乳酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的任意一种。

10、进一步地，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁或其他磁性纳米复合材料中的一种或多种。

11、进一步地，静电纺丝过程中的流速为0.2-1ml/h，电压为10-24kv，针头型号为18-24g，针头到接收器距离为10-20cm，接收器转速为1000-3000r/h。

12、进一步地，所述磁场为由异极相对的块状铷磁铁产生的匀强磁场。

13、进一步地，所述海藻酸钠和羧甲基壳聚糖质量比为1:1，所述水凝胶前驱液中所述海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的浓度均为0.05g/ml。

14、一种由上述的制备方法得到的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶。

15、本发明的有益效果如下：

16、1.本发明的可注射水凝胶具有无需开放手术即可实现填充损伤部位的优势，并且其大孔结构有利于细胞与外部进行物质交换。

17、2.本发明将磁性短纤维掺入水凝胶体系中可以改善水凝胶的机械性能，磁性短纤维也可响应外部磁场产生物理刺激，在外部磁场诱导下在水凝胶内部实现有序排列，提供物理支撑引导神经细胞的取向生长，有利于神经细胞的生长和迁移。

18、3.本发明的方法得到的水凝胶，由海藻酸钠及羧甲基壳聚糖组成的二元水凝胶能形成一个三维多孔结构，模拟天然的细胞外基质，为神经细胞的生长和新的神经纤维的延伸提供物理支持。

技术特征：

1.一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下各步骤：

2.根据权利要求1所述的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，所述高分子纳米材料选自聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸乳酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁或其他磁性纳米复合材料中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，静电纺丝过程中的流速为0.2-1ml/h，电压为10-24kv，针头型号为18-24g，针头到接收器距离为10-20cm，接收器转速为1000-3000r/h。

5.根据权利要求1所述的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，所述磁场为由异极相对的块状铷磁铁产生的匀强磁场。

6.根据权利要求1所述的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠和羧甲基壳聚糖质量比为1:1，所述水凝胶前驱液中所述海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的浓度均为0.05g/ml。

7.一种由权利要求1～6中任意一项所述的制备方法得到的用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶。

技术总结
本发明公开一种用于神经修复的有序磁性可注射水凝胶及其制备方法，利用静电纺丝技术制备含有磁性纳米粒子的纤维，利用冷冻切片机将纤维切割成尺寸可控的微米级磁性短纤维；将磁性短纤维与水凝胶前驱液和交联剂混合后，利用外磁场作用使短纤维在凝胶内有序排列；随着前驱液与交联剂间化学交联反应的进行，固化为内部具有有序排列磁性纤维的水凝胶。本发明的可注射水凝胶具有无需开放手术即可实现填充损伤部位的优势，并且其大孔结构有利于细胞与外部进行物质交换。该水凝胶中有序排列的磁性纤维可促进神经细胞的取向生长与增殖。本发明所述有序磁性可注射水凝胶具有良好的力学和生物学特性，可应用于神经组织工程。

技术研发人员：叶典,强皓文,索海瑞,侯永哲
受保护的技术使用者：浙江大学高端装备研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2