水凝胶复合材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及生物医用材料，特别是涉及一种水凝胶复合材料及其制备方法和应用。背景技术：1、关节软骨(articular cartilage)，又称为透明软骨或纤维软骨，位于关节中与骨相连的表面。由于软骨组织存在于无血管、无神经的特殊微环境内，软骨缺损后，关节软骨难以自我修复，临床上对于关节炎和创伤导致的关节软骨损伤尚无有效修复手段。随着生物学和材料学的发展，组织工程化软骨用于关节软骨损伤和缺损修复是目前组织工程中的研究热点。在软骨缺损修复与再生中，水凝胶可为细胞的增殖与分化提供更接近于天然软骨细胞外基质的微环境，但是制备兼具粘附性、良好的机械性能可用于软骨组织缺损修复的水凝胶仍具有挑战。目前用于软骨缺损修复的水凝胶基体多采用合成高分子或者未经改性的天然高分子，如合成高分子丙烯酰胺、丙烯酸等。然而上述有机化合物的聚合一般需要使用有毒副作用的助剂，比如紫外光照或热聚合方式中往往需添加光、热引发剂等助剂，而且通过改性获得的高分子材料往往存在成分复杂，不利于临床转化的问题。天然高分子基水凝胶的生物相容性好，但机械性能较差，在实际应用中受到限制。技术实现思路1、基于此，有必要提供一种可以提高机械性能和粘附性能的水凝胶复合材料及其制备方法和应用。2、第一方面，本申请提供一种水凝胶复合材料，其包括水凝胶及分散于所述水凝胶中的纳米纤维，所述纳米纤维由富血小板血浆和天然高分子短纤维形成，所述天然高分子短纤维包括胶原蛋白短纤维、丝素蛋白短纤维、白蛋白短纤维及透明质酸短纤维中的一种或多种；3、所述水凝胶包括质量比为1：(1～2)的氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇。4、在一些实施方式中，所述水凝胶与所述纳米纤维的质量比为(5～20)：1。5、在一些实施方式中，所述富血小板血浆与所述天然高分子短纤维的质量比为1：(2～16)。6、在一些实施方式中，所述氨基封端的多臂聚乙二醇为氨基封端的四臂聚乙二醇或氨基封端的八臂聚乙二醇；7、所述n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇为n-羟基琥珀酰亚胺封端的四臂聚乙二醇或n-羟基琥珀酰亚胺封端的八臂聚乙二醇。8、第二方面，本申请还提供一种本申请第一方面所述的水凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：9、分别提供包括氨基封端的多臂聚乙二醇和纳米纤维的第一溶液以及包括n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇和纳米纤维的第二溶液，所述氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇的质量比为1：(1～2)；以及10、将所述第一溶液和所述第二溶液混合反应。11、在一些实施方式中，所述氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇的质量比为1:1，所述第一溶液中的纳米纤维与所述第二溶液中的纳米纤维的质量比为1:1，所述第一溶液和所述第二溶液的体积比为1:1。12、在一些实施方式中，所述第一溶液和所述第二溶液中的溶剂分别独立地选自磷酸盐缓冲液或纯化水。13、在一些实施方式中，所述氨基封端的多臂聚乙二醇与所述纳米纤维的质量比为(5～20)：1；14、所述n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇与所述纳米纤维的质量比为(5～20)：1。15、在一些实施方式中，所述纳米纤维是采用包括如下步骤的方法制得的：16、采用喷射纺丝技术制备天然高分子短纤维，所述天然高分子短纤维包括胶原蛋白短纤维、丝素蛋白短纤维、白蛋白短纤维及透明质酸短纤维中的一种或多种；17、将所述天然高分子短纤维与所述富血小板血浆混合，冷冻干燥。18、第三方面，本申请提供一种软骨修复材料，其包括本申请第一方面所述的水凝胶复合材料。19、第四方面，本申请提供了一种用于制备如第一方面所述的水凝胶复合材料的装置，包括装有第一溶液的第一注射器和装有第二溶液的第二注射器，所述第一溶液包括所述氨基封端的多臂聚乙二醇和所述纳米纤维，所述第二溶液包括所述n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇和所述纳米纤维，所述氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇的质量比为1：(1～2)。20、在一些实施方式中，所述第一注射器和所述第二注射器通过三相连接器连接。21、本申请提供的水凝胶复合材料，选用多臂聚乙二醇及由天然高分子材料形成的纳米纤维为原料形成水凝胶复合材料，具有优异的生物相容性和机械性能，无毒副作用。而且经多臂聚乙二醇之间的交联反应，可以形成具有三维多孔网络结构的水凝胶，从而能够吸收大量的水分，所采用的天然高分子也具有亲水性，其与水凝胶联合可进一步提升水凝胶复合材料的吸水性。而且具有三维多孔网络结构的水凝胶可以起到支撑作用，且纳米纤维的引入能够进一步提升水凝胶的机械性能，从而使水凝胶复合材料具有高弹性、高韧性及较高的压缩强度，有利于力学传导，可以避免应力集中的问题。进一步将水凝胶复合材料填充到软骨缺损处时，可以为软骨细胞的生长和增殖提供支架作用。22、此外，多臂聚乙二醇之间形成的交联网络结构以及纳米纤维的作用，可以使水凝胶复合材料具有合适的凝胶时间，既能够避免凝胶时间过长导致溶液流失的问题，又能够确保其不会凝胶过快，而能够预留一定的注射时间，尤其适用于不规则软骨缺损的修复。另外，多臂聚乙二醇之间形成的交联网络结构以及纳米纤维的引入，可以提升水凝胶复合材料的粘附性，使其能够牢固附着于软骨缺损处，避免出现脱落现象。而且本申请提供的水凝胶复合材料的制备方法操作简单、成本低，易于实现规模化生产和临床产品转化。技术特征：1.一种水凝胶复合材料，其特征在于，包括水凝胶及分散于所述水凝胶中的纳米纤维，所述纳米纤维由富血小板血浆和天然高分子短纤维形成，所述天然高分子短纤维包括胶原蛋白短纤维、丝素蛋白短纤维、白蛋白短纤维及透明质酸短纤维中的一种或多种；2.如权利要求1所述的水凝胶复合材料，其特征在于，所述水凝胶与所述纳米纤维的质量比为(5～20)：1。3.如权利要求1所述的水凝胶复合材料，其特征在于，所述富血小板血浆与所述天然高分子短纤维的质量比为1：(2～16)。4.如权利要求1～3任一项所述的水凝胶复合材料，其特征在于，所述氨基封端的多臂聚乙二醇为氨基封端的四臂聚乙二醇或氨基封端的八臂聚乙二醇；5.一种如权利要求1～4任一项所述的水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇的质量比为1:1，所述第一溶液中的纳米纤维与所述第二溶液中的纳米纤维的质量比为1:1，所述第一溶液和所述第二溶液的体积比为1:1。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液和所述第二溶液中的溶剂分别独立地选自磷酸盐缓冲液或纯化水。8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氨基封端的多臂聚乙二醇与所述纳米纤维的质量比为(5～20)：1；9.如权利要求5～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维是采用包括如下步骤的方法制得的：10.一种软骨修复材料，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的水凝胶复合材料。11.用于制备如权利要求1～4任一项所述的水凝胶复合材料的装置，其特征在于，包括装有第一溶液的第一注射器和装有第二溶液的第二注射器，所述第一溶液包括所述氨基封端的多臂聚乙二醇和所述纳米纤维，所述第二溶液包括所述n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇和所述纳米纤维，所述氨基封端的多臂聚乙二醇和n-羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇的质量比为1：(1～2)。12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一注射器和所述第二注射器通过三相连接器连接。技术总结本申请涉及生物医用材料技术领域，特别是涉及一种水凝胶复合材料及其制备方法和应用。水凝胶复合材料包括水凝胶及分散于水凝胶中的纳米纤维，纳米纤维由富血小板血浆和天然高分子短纤维形成，天然高分子包括胶原蛋白、丝素蛋白、白蛋白及透明质酸中的一种或多种；形成水凝胶的原料包括质量比为1：(1～2)的氨基封端的多臂聚乙二醇和N‑羟基琥珀酰亚胺封端的多臂聚乙二醇。上述水凝胶复合材料具有较高的机械性能和粘附性能。技术研发人员：骆井万,石磊,请求不公布姓名受保护的技术使用者：苏州微创再生医学科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16