一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶及其制备方法与应用

本发明涉及生物医用高分子材料，具体涉及一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、慢性伤口大多包括褥疮、肢体溃疡和烧伤等，常是由于物理或热损伤导致皮肤或粘膜上皮衬里连续性的破坏。其修复时间长，愈合慢，主要分为四个阶段：(1)止血阶段(刚受伤后)；(2)炎症阶段(受损后不久且常出现肿胀)；(3)增殖阶段(炎症阶段结束，组织和血管新生)；(4)重塑阶段(新生组织的成熟、重塑)。每个阶段相互重叠，需要辅助药物等治疗。近年来发展的生物水凝胶，常和皮肤组织贴合良好，且有较好的生物相容性，并可携带生长因子、药物系统等，直接到达病灶部位，减少患者的疼痛及伤口二次感染等问题。且可注射型的水凝胶，可以通过3d打印技术及精加工，进行微孔道的设计，构建组织支架三维网络结构，加速组织的再生。

2、甲壳素是由碱性脱乙酰化而得到的一种天然大分子共聚物，能够被人体溶菌酶代谢，且具有较好的生物相容性、抗菌抗炎性和降解性等。而无机盐硅酸锌中，硅酸根离子可以促进新血管生成。其中，锌离子在生命活动中参与蛋白质的合成、细胞的生长、分裂、分化等重要的过程，还会参与激素的代谢活动。在损伤组织中，锌的含量会降低，适当增加锌离子浓度可帮助促进伤口愈合。同时，锌离子参与上皮组织分化，且有明显的抗菌抗炎作用，可以在伤口愈合的过程中提供更稳定的生长环境，帮助提高成纤维细胞对氧化应激反应的耐受能力。

3、因此，提供一种具有较高含水率、力学性能及微孔结构，能够抑菌且促进组织再生，加速伤口愈合的可注射水凝胶是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶及其制备方法与应用，该水凝胶通过天然高分子壳聚糖改性再与生物陶瓷硅酸锌复合制得，提高了力学性能、微孔结构和含水率，具有抑菌、促进组织再生和加速伤口愈合的作用。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，搅拌加入甲基丙烯酸酐，水浴搅拌，然后加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，装入透析袋中在去离子水中透析，再经冷冻干燥，得甲基丙烯酰化壳聚糖；

4、(2)将步骤(1)所得甲基丙烯酰化壳聚糖溶解于磷酸盐缓冲液中，然后加入苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂和硅酸锌混合均匀，真空除泡，得光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶。

5、进一步，步骤(1)中，乙酸溶液的浓度为1-3vt％。

6、进一步，步骤(1)中，在50-70℃水浴搅拌3-5h。

7、进一步，步骤(1)中，壳聚糖的氨基与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1-3。

8、再进一步，步骤(1)中，壳聚糖的氨基与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：2。

9、最终得到的甲基丙烯酰化壳聚糖(csma)的取代度为20％-50％，在提高复合材料微环境中，交联强度、力学性能、孔隙率和含水性均有较好的提高。

10、进一步，步骤(1)中，调节ph至7.0-7.4。

11、进一步，步骤(1)中，透析袋的截留分子量为12000da。

12、进一步，步骤(2)中，甲基丙烯酰化壳聚糖、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂、硅酸锌和磷酸盐缓冲液的质量体积比为0.1-0.2g：0.01-0.03g：0.03-0.09g：10ml。

13、再进一步，步骤(2)中，甲基丙烯酰化壳聚糖、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂、硅酸锌和磷酸盐缓冲液的质量体积比为0.2g：0.025g：0.06g：10ml。

14、本发明还提供了上述光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法制得的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶。

15、本发明还提供了光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶在制备用于促进伤口愈合的药品或试剂中的应用。

16、本发明还提供了光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶在制备水凝胶支架中的应用。

17、本发明还提供了光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶作为药物载体的应用。

18、本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明水凝胶可通过注射方式直达病灶，天然大分子壳聚糖改性(如图1所示)后在405nm波段照射下可快速凝固，且对细胞无损伤。水凝胶形成三维多孔支架，保持伤口湿润的同时还为物质的交换和细胞的迁移提供通道，多孔结构还为细胞生长提供附着位点，同时无机盐也依附在材料上，既可以增加其力学性能，也能达到持续释放的作用。同时，该水凝胶也可制备水凝胶支架或作为药物的载体。

20、2、在伤口愈合的整个过程中，本发明水凝胶可以持续释放氨基、锌离子和硅酸根离子，并在各个阶段发挥着有利作用。伤口刚开始时壳聚糖的氨基具有凝血的作用，起到止血的效果，并且壳聚糖与锌离子协同实现抗菌抗炎效应；随后壳聚糖与硅酸锌促进伤口处细胞的增殖和迁移，其中硅酸根离子更有助于血管细胞的生长与表达。通过改性的壳聚糖和硅酸锌两种材料的协同作用，抗菌消炎且促进组织生长，从而维持伤口生长条件，达到促进伤口愈合和重塑的整体作用。

技术特征：

1.一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乙酸溶液的浓度为1-3vt％。

3.如权利要求1所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在50-70℃水浴搅拌3-5h。

4.如权利要求1所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述壳聚糖的氨基与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1-3。

5.如权利要求1所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述透析袋的截留分子量为12000da。

6.如权利要求1所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述甲基丙烯酰化壳聚糖、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂、硅酸锌和磷酸盐缓冲液的质量体积比为0.1-0.2g：0.01-0.03g：0.03-0.09g：10ml。

7.权利要求1-6任一项所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶的制备方法制得的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶。

8.权利要求7所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶在制备用于促进伤口愈合的药品或试剂中的应用。

9.权利要求7所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶在制备水凝胶支架中的应用。

10.权利要求7所述的光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶作为药物载体的应用。

技术总结本发明公开了一种光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶及其制备方法与应用，涉及生物医用高分子材料技术领域，该方法包括以下步骤：将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，搅拌加入甲基丙烯酸酐，水浴搅拌，然后调节pH至中性，经透析和冷冻干燥，得甲基丙烯酰化壳聚糖；将甲基丙烯酰化壳聚糖溶解于磷酸盐缓冲液中，然后加入苯基(2,4,6‑三甲基苯甲酰基)磷酸锂和硅酸锌混合均匀，真空除泡。本发明还公开了光固化可注射生物陶瓷基复合水凝胶及其应用。该水凝胶通过天然高分子壳聚糖改性再与生物陶瓷硅酸锌复合制得，提高了力学性能、微孔结构和含水率，具有抑菌、促进组织再生和加速伤口愈合的作用。技术研发人员：董志红,尹黎,黄志强,王书崎,李宇受保护的技术使用者：成都大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14