一种可降解自修复导电水凝胶及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于生物医学材料和生物医学工程技术领域，涉及一种可降解自修复导电水凝胶及其制备方法与应用。


背景技术：

2.周围神经损伤(pni)发生在衰老人群、医源性副作用和急性创伤等情况下，会导致运动功能丧失，肌肉麻痹，甚至终生残疾。据估计，全世界每年有500多万pni病例。因此，迫切需要制定有效的pni修复策略。周围神经细胞在我们的一生中都在生长。神经组织工程技术在运动和感觉功能的修复和恢复方面具有广阔的应用前景。它利用天然或合成材料作为神经细胞生长的植入神经导管或支架。这种材料具有合适的力学性能来支持软神经组织和影响细胞分化，良好的导电性引导突起的生长，以及与宿主组织必需的生物相容性。
3.导电水凝胶类似于细胞外基质，更适于神经组织的生长，备受广大研究者的青睐。导电水凝胶结合了水膨胀水凝胶的优点，成为理想的生物相容性框架，导电聚合物对于神经组织再生和辅助神经电信号的传输，以及电刺激神经细胞加快再生是有帮助的。迄今为止，科研工作者们已经探索出基于导电聚合物如聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)和聚(3,4
–
亚乙基二氧基噻吩)，制备的导电水凝胶，但由于其生物相容性和可降解性的局限性，进一步限制了它们在组织工程领域的应用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明目的是提供一种可降解自修复导电水凝胶及其制备方法与应用，该制备方法制备得到的水凝胶自修复性能与导电性能优异，且生物相容性好。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种可降解自修复导电水凝胶的制备方法，首先，将胱胺二盐酸盐(csa)通过酰胺键修饰在透明质酸(ha)的支链上，得到胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)；然后，将吡咯
‑1‑
丙酸(py)通过酰胺键修饰在csa
‑
ha的csa上，得到吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)；最后，将py
‑
csa
‑
ha自组成胶后浸泡在氯化铁溶液，使py聚合为聚吡咯(ppy)，获得可降解自修复导电水凝胶(ppy
‑
csa
‑
ha)。
6.本发明提供的可降解自修复导电水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
7.s1.将胱胺二盐酸盐(csa)溶解于去离子水中，得到胱胺二盐酸盐溶液，用edc
·
hcl与nhs(n
‑
羟基琥珀酰亚胺)活化透明质酸(ha)溶液15～30分钟后，滴入胱胺二盐酸盐溶液中，反应8～12小时，透析3～5天，得到纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)。
8.s2.将纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸加入去离子水中，配置纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液。
9.s3.将吡咯
‑1‑
丙酸(py)溶解在去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，用edc
·
hcl活化所述吡咯
‑1‑
丙酸溶液15～30分钟后，加入所述纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液，反应8～12小时，透析3～5天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)。
10.s4.将所述纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶解于去离子水中自组成胶，然后浸泡在氯化铁溶液中4～8小时，温度为4℃，取出清洗得到吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸水凝胶，即可降解自修复导电水凝胶(ppy
‑
csa
‑
ha)。
11.进一步的，上述制备方法的步骤s1中，所述透明质酸溶液的浓度为2～4mg/ml。
12.进一步的，上述制备方法的步骤s1中，胱胺二盐酸盐、去离子水、edc
·
hcl、nhs、透明质酸溶液的用量比为(843～1686)mg：(50～100)ml：(956～1912)mg：(574～1148)mg：500ml。
13.进一步的，上述制备方法的步骤s2中，所述纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液的浓度为2mg/ml。
14.进一步的，上述制备方法的步骤s3中，吡咯
‑1‑
丙酸、去离子水、edc
·
hcl、和纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液的用量比为(347～694)mg：(50～100)ml：(476～953)mg：500ml。
15.进一步的，上述制备方法的步骤s4中，纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸与去离子水的用量比为30～50mg：1ml。
16.进一步的，上述制备方法的步骤s4中，氯化铁溶液的浓度为0.3～0.8m。
17.本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的可降解自修复导电水凝胶。
18.本发明还提供了上述可降解自修复导电水凝胶在神经修复生物组织材料方面的应用。
19.本发明还提供了上述可降解自修复导电水凝胶在导电神经支架材料中的应用。
20.采用自体神经或人工神经支架桥接修复是临床上治疗周围神经缺损的有效措施，但仍受供体移植物来源有限、尺寸不匹配、术后功能障碍、再生能力差和二次手术风险等限制。因此，构建理想的神经支架是修复周围神经缺损的关键所在。利用本发明中可降解自修复导电水凝胶作为神经细胞生长的植入神经支架，其合适的力学性能可以支持软神经组织和影响细胞分化，良好的导电性有利于引导突起的生长，且与宿主组织的生物相容性好。
21.与现有技术相比，本发明将胱胺二盐酸盐、吡咯
‑1‑
丙酸分别修饰在透明质酸支链，自组成胶后浸入氯化铁溶液，促使吡咯聚合，通过氢键、双硫键和金属配位键，构成具有优异力学性能、自修复性能和导电性能的可降解水凝胶。该水凝胶应用于神经修复生物组织材料方面尤其是导电神经支架材料具有较好的神经修复性能和电信号传导性能，且可降解、生物相容性好。
22.1.本发明基于自组装技术，通过py
‑
csa
‑
ha、氯化铁间的氢键、双硫键和金属配位键间的可逆赋予了水凝胶的自修复和可降解功能。
23.2.氯化铁的添加，不仅使得py聚合成ppy，赋予了水凝胶导电性能，还增强的水凝胶的力学性能。
24.3.本发明制备方法得到的水凝胶不仅本身具有很好的自修复效果，还具有可降解和导电功能，在组织工程领域具有极好的应用前景。
附图说明
25.图1是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶自修复示意图；其中a为该水凝胶切开示意图；b为该水凝胶愈合示意图；
26.图2是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶的导电图；其中a为实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶使小灯泡亮的示意图，b为该水凝胶自修复后仍能使小灯泡亮的示意图；
27.图3是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶的降解示意图。其中a为制备的水凝胶置入pbs 7.4缓冲液中的示意图，b为数小时之后，水凝胶在pbs 7.4缓冲液中降解的示意图。
具体实施方式
28.下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释，下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
29.实施例1
30.1)配制2mg/ml透明质酸溶液，加入956mg edc
·
hcl与574mg n
‑
羟基丁二酰亚胺(nhs)活化透明质酸溶液15分钟，将843mg的胱胺二盐酸盐(csa)溶解在50ml去离子水中得到胱胺二盐酸盐溶液，将500ml透明质酸溶液滴进胱胺二盐酸盐溶液后反应8小时，透析3天，得到纯化的胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)；然后配置浓度为2mg/ml的纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液。
31.2)将347mg吡咯
‑1‑
丙酸(py)溶解在50ml去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，加入476mg edc
·
hcl活化吡咯
‑1‑
丙酸溶液15分钟后，加入步骤1)配置得到的纯化csa
‑
ha溶液，反应8小时，透析3天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)。
32.3)将50mg py
‑
csa
‑
ha溶解到1ml去离子水中自组成胶，浸泡在0.3m氯化铁溶液中4小时，温度为4℃，取出清洗得到可降解自修复导电水凝胶ppy
‑
csa
‑
ha。
33.图1是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶的自修复图。从图1中可以看出，被切成两块水凝胶经过一段时间后形成一个整体，说明该水凝胶具有很好的自修复性能。
34.图2是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶的自修复导电图。从图2中可以看出，自修复后的水凝胶促使灯泡的亮度和初始状态一样，说明该水凝胶具有很好的自修复性能。
35.图3是实施例1制备出的可降解自修复导电水凝胶的降解图。从图3中可以看出，该水凝胶从初始时块状变更成絮状物，说明该水凝胶发生了降解。
36.实施例2
37.1)配制3mg/ml透明质酸溶液，加入1434mg edc
·
hcl与861mg nhs活化透明质酸溶液20分钟，将1264mg的胱胺二盐酸盐(csa)溶解在75ml去离子水中得到胱胺二盐酸盐溶液，将500ml透明质酸溶液滴进胱胺二盐酸盐溶液后反应9小时，透析4天，得到纯化的胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)；然后配置浓度为2mg/ml的纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液。
38.2)将520mg吡咯
‑1‑
丙酸(py)溶解在75ml去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，配制714mg edc
·
hcl活化吡咯
‑1‑
丙酸溶液20分钟后，加入步骤1)配置得到的纯化csa
‑
ha溶液，反应9小时，透析4天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)。
39.3)将40mg py
‑
csa
‑
ha溶解到1ml去离子水中自组成胶，浸泡在0.6m氯化铁溶液中6
小时，温度为4℃，取出清洗得到可降解自修复导电水凝胶ppy
‑
csa
‑
ha。
40.实施例3
41.1)配制3.5mg/ml透明质酸溶液，加入1673mg edc
·
hcl与1004mg nhs活化透明质酸溶液25分钟，将1475mg的胱胺二盐酸盐(csa)溶解在85ml去离子水中得到胱胺二盐酸盐溶液，将500ml透明质酸溶液滴进胱胺二盐酸盐溶液后反应10小时，透析5天，得到纯化的胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)；然后配置浓度为2mg/ml的纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液。
42.2)将607mg吡咯
‑1‑
丙酸(py)溶解在85ml去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，配制833mgedc
·
hcl活化吡咯
‑1‑
丙酸溶液25分钟后，加入步骤1)配置得到的纯化csa
‑
ha溶液，反应10小时，透析5天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)。
43.3)将45mg py
‑
csa
‑
ha溶解到1ml去离子水中自组成胶，浸泡在0.7m氯化铁溶液中7小时，温度为4℃，取出清洗得到可降解自修复导电水凝胶ppy
‑
csa
‑
ha。
44.实施例4
45.1)配制4mg/ml透明质酸溶液，加入1912mg edc
·
hcl与1148mg nhs活化透明质酸溶液30分钟，将1686mg的胱胺二盐酸盐(csa)溶解在100ml去离子水中得到胱胺二盐酸盐溶液，将500ml透明质酸溶液滴进胱胺二盐酸盐溶液后反应12小时，透析5天，得到纯化的胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(csa
‑
ha)；然后配置浓度为2mg/ml的纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液。
46.2)将694mg吡咯
‑1‑
丙酸(py)溶解在100ml去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，配制953mg edc
·
hcl活化吡咯
‑1‑
丙酸溶液30分钟后，加入步骤1)配置得到的纯化csa
‑
ha溶液，反应12小时，透析5天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸(py
‑
csa
‑
ha)。
47.3)将50mg py
‑
csa
‑
ha溶解到1ml去离子水中自组成胶，浸泡在0.8m氯化铁溶液中8小时，温度为4℃，取出清洗得到可降解自修复导电水凝胶ppy
‑
csa
‑
ha。
48.对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种可降解自修复导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：s1.将胱胺二盐酸盐溶解于去离子水中，得到胱胺二盐酸盐溶液，用edc
·
hcl与nhs活化透明质酸溶液15～30分钟后，滴入所述胱胺二盐酸盐溶液中，反应8～12小时，透析3～5天，得到纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸；s2.将纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸加入去离子水中，配置纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液；s3.将吡咯
‑1‑
丙酸溶解在去离子水中得到吡咯
‑1‑
丙酸溶液，用edc
·
hcl活化所述吡咯
‑1‑
丙酸溶液15～30分钟后，加入所述纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液，反应8～12小时，透析3～5天，冷冻干燥，得到纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸；s4.将所述纯化的吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶解于去离子水中自组成胶，然后浸泡在氯化铁溶液中4～8小时，温度为4℃，取出清洗得到吡咯
‑1‑
丙酸
‑
胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸水凝胶，即可降解自修复导电水凝胶。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述透明质酸溶液的浓度为2～4mg/ml。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，胱胺二盐酸盐、去离子水、edc
·
hcl、nhs、透明质酸溶液的用量比为(843～1686)mg：(50～100)ml：(956～1912)mg：(574～1148)mg：500ml。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述纯化胱胺二盐酸盐
‑
透明质酸溶液的浓度为2mg/ml。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，吡咯
‑1‑
丙酸、去离子水、edc
·
hcl、和纯化胱胺二盐酸盐
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透明质酸溶液的用量比为(347～694)mg：(50～100)ml：(476～953)mg：500ml。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，纯化的吡咯
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丙酸
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胱胺二盐酸盐
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透明质酸与去离子水的用量比为30～50mg：1ml。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，氯化铁溶液的浓度为0.3～0.8m。8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的可降解自修复导电水凝胶。9.如权利要求8所述的可降解自修复导电水凝胶在神经修复生物组织材料方面的应用。10.如权利要求8所述的可降解自修复导电水凝胶在导电神经支架材料中的应用。
技术总结
本发明公开了一种可降解自修复导电水凝胶及其制备方法与应用，制备方法包括将胱胺二盐酸盐(CSA)通过酰胺键修饰在透明质酸(HA)的支链上，得到胱胺二盐酸盐


技术研发人员：宣红云 吴淑嫄 袁卉华 李碧云 杨宇民
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2021.02.24
技术公布日：2021/6/29