本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域和創(chuàng)傷修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是由親水性分子通過物理或者化學(xué)的方法交聯(lián)而成的高分子三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其具有溶脹性、生物相容性和生物可降解性。是介于固體和液體之間的彈性體。正是由于水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且含水率為70-90%左右，與關(guān)節(jié)軟骨的含水量類似（含水量為70-80%），且水凝膠是和軟骨結(jié)構(gòu)類似的彈性體，且固含量低，降解產(chǎn)物較少，能夠大大降低降解產(chǎn)物對人體的免疫反應(yīng)；此外，水凝膠化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成型性好，因而被廣泛的應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。PEG水凝膠具有良好的生物相容性和抵制蛋白吸附的性能，被認(rèn)為是一種非常有前景的人工軟骨修復(fù)材料。

但是，單純的聚乙二醇（PEG）水凝膠與軟骨的力學(xué)強(qiáng)度具有一定的差異，因而需要對其進(jìn)行改性以增強(qiáng)其強(qiáng)度。納米羥基磷灰石（nHA）是人體骨的主要成分，具有優(yōu)良的生物活性，能夠誘導(dǎo)骨細(xì)胞的生長，目前已經(jīng)作為骨修復(fù)材料應(yīng)用到臨床上。將納米羥基磷灰石填充到PEG凝膠中能夠顯著增加純PEG凝膠的的力學(xué)強(qiáng)度和生物活性。但是作為填料，nHA納米粒子本身具有較高的極性和表面能，容易團(tuán)聚且與PEG基體之間的相容性差。此外，nHA與PEG之間的界面結(jié)合力較差，一旦植入動物體內(nèi)nHA與PEG基體的界面將先被破壞，nHA粒子很快從PEG基體中脫離出來，使復(fù)合水凝膠的強(qiáng)度迅速降低。因而，需要對nHA進(jìn)行改性以增加其在PEG中的分散性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決nHA在PEG基體中分散性較差的問題，本發(fā)明提供一種改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，在nHA的表面接枝了PEG分子，然后將改性過的nHA與PEG進(jìn)行復(fù)合后制備了溫敏性的PEG水凝膠。該方法制備得到的改性nHA有效的改善了nHA與PEG之間的相容性，提高了PEG的力學(xué)強(qiáng)度和生物活性。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟如下：

（1）將硅烷偶聯(lián)劑接枝到納米羥基磷灰石的表面，使其表面氨基化得到得到表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石（HA-NH2）；

（2）將干燥后的含有端羧基的聚乙二醇（PEG-COOH）溶解到二氯甲烷中，然后加入N,N'-羰基二咪唑，在0~4℃、無水的條件下對羧基進(jìn)行活化0.5~2h，然后加入表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石（HA-NH2），常溫下攪拌反應(yīng)6~12h，反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行離心，洗滌，干燥，得到聚乙二醇改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG）；

（3）將多臂端氨基聚乙二醇溶解到水溶液中，然后加入聚乙二醇改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG），得到PEG/HA-PEG混合溶液，然后向混合液中加入京尼平，攪拌均勻后，置于37℃水浴中孵化直至其發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變得到改性納米羥基磷灰石/PEG復(fù)合水凝膠。

所述步驟（1）的具體操作步驟如下：硅烷偶聯(lián)劑在乙醇水溶液中充分水解0.5~2h，加入納米羥基磷灰石反應(yīng)6-8h，反應(yīng)完成后離心回收固體物質(zhì)，真空干燥后進(jìn)行研磨、過篩，得到表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石；納米羥基磷灰石與硅烷偶聯(lián)劑的摩爾比為1:1~1.5，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一種。

所述的步驟（2）中含有端羧基的聚乙二醇的含水率<50ppm。

所述的步驟（2）中含有端羧基的聚乙二醇與N,N'-羰基二咪唑的物質(zhì)的量之比為1:2~4，含有端羧基的聚乙二醇與表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石的物質(zhì)的量之比為1~3:1。

所述的步驟（3）中所用的多臂端氨基聚乙二醇為4臂或者8臂，且多臂端氨基PEG的分子量為2000-20000，質(zhì)量濃度為5-10%。

所述的步驟（3）中聚乙二醇改性的納米羥基磷灰石與多臂端氨基聚乙二醇的質(zhì)量比為1~2.5:1。

所述的步驟（3）中京尼平占聚乙二醇改性的納米羥基磷灰石和多臂端氨基聚乙二醇總質(zhì)量的1-5%。

本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明通過在nHA的表面接枝了PEG分子，改善了nHA與PEG之間的相容性，有效的解決了nHA在PEG水凝膠中易團(tuán)聚的問題，提高了PEG水凝膠的力學(xué)性能；2、本發(fā)明所制備的為溫敏性的PEG水凝膠，且所使用的交聯(lián)劑京尼平為天然提取物，對人體無毒，且不會產(chǎn)生殘留；3、本發(fā)明的所有反應(yīng)均在常溫下進(jìn)行，反應(yīng)條件較為溫和，操作簡便，縮短了反應(yīng)的時(shí)間，有利于工業(yè)化的生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟如下：

（1）將1mL3-氨丙基三乙氧基硅烷（0.004mol）（上海晶純試劑有限公司）偶聯(lián)劑加入到100mL乙醇與水的混合溶液中室溫條件下水解0.5h，然后將2.1g（0.004mol）羥基磷灰石（上海晶純試劑有限公司）加入到混合溶液中室溫條件下攪拌反應(yīng)8h（轉(zhuǎn)速800rpm），然后將反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、干燥，將干燥后的產(chǎn)物用乙醇進(jìn)行洗滌、真空干燥，得到表面帶有氨基的羥基磷灰石將硅烷偶聯(lián)劑接枝到納米羥基磷灰石的表面，使其表面氨基化（HA-NH2）；

（2）將1g（0.016mol）干燥后的（含水率30ppm）含有端羧基的聚乙二醇（PEG-COOH）（蘇州岸谷納米技術(shù)有限公司）溶解到100mL二氯甲烷中，然后向溶液中加入5.22g （0.032mol）N,N'-羰基二咪唑（上海晶純試劑有限公司），對羧基進(jìn)行活化0.5h（活化溫度0℃，攪拌速度300rpm），得到羧基活化后的PEG-COOH溶液，然后向PEG-COOH溶液中加入8.03g（0.016mol）HA-NH2，常溫下攪拌反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行離心，洗滌，干燥，得到PEG改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG）；

（3）將分子量為2000的10g 4臂端氨基PEG溶解到100mL水中（10%），然后加入10g HA-PEG，得到PEG/HA-PEG混合溶液，然后向混合液中加入0.2g京尼平（1%），攪拌均勻后，置于37℃水浴中孵化直至其發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變即得到改性納米羥基磷灰石/PEG復(fù)合水凝膠。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟如下：

（1）將硅烷偶聯(lián)劑接枝到納米羥基磷灰石的表面，使其表面氨基化，得到表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石（HA-NH2）；

（2）將1g（0.016mol）干燥后的（含水率30ppm）含有端羧基的聚乙二醇（PEG-COOH）溶解到100mL二氯甲烷中，然后向溶液中加入10.44g（0.064mol） N,N'-羰基二咪唑，對羧基進(jìn)行活化2h（活化溫度4℃，攪拌速度300rpm），得到羧基活化后的PEG-COOH溶液，然后向PEG-COOH溶液中加入4.01g（0.008mol） HA-NH2，常溫下攪拌反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行離心，洗滌，干燥，得到PEG改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG）；

（3）將分子量為20000的10g 8臂端氨基PEG溶解到200ml水中（5%），然后加入25g HA-PEG，得到PEG/HA-PEG混合溶液，然后向混合液中加入1.75g京尼平（5%），攪拌均勻后，置于37℃水浴中孵化直至其發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變即得到改性納米羥基磷灰石/PEG復(fù)合水凝膠。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟如下：

（1）將硅烷偶聯(lián)劑接枝到納米羥基磷灰石的表面，使其表面氨基化，得到表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石（HA-NH2）；

（2）將1g（0.016mol）干燥后的（含水率30ppm）含有端羧基的聚乙二醇（PEG-COOH）溶解到100mL二氯甲烷中，然后向溶液中加入7.83g （0.048mol）N,N'-羰基二咪唑，對羧基進(jìn)行活化1h（活化溫度4℃，攪拌速度300rpm），得到羧基活化后的PEG-COOH溶液，然后向PEG-COOH溶液中加入2.67g （0.0053mol）HA-NH2，常溫下攪拌反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行離心，洗滌，干燥，得到PEG改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG）；

（3）將分子量為10000的10g 4臂端氨基PEG溶解到150mL水中（6.7%），然后加入15g HA-PEG，得到PEG/HA-PEG混合溶液，然后向混合液中加入0.75g京尼平（3%），攪拌均勻后，置于37℃水浴中孵化直至其發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變即得到改性納米羥基磷灰石/PEG復(fù)合水凝膠。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的改性納米羥基磷灰石/聚乙二醇復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟如下：

（1）將硅烷偶聯(lián)劑接枝到納米羥基磷灰石的表面，使其表面氨基化, 得到表面修飾了氨基的納米羥基磷灰石（HA-NH2）；

（2）將1g（0.016mol）干燥后的（含水率30ppm）含有端羧基的聚乙二醇（PEG-COOH）溶解到100mL二氯甲烷中，然后向溶液中加入5.22g （0.032mol）N,N'-羰基二咪唑，對羧基進(jìn)行活化0.5h（活化溫度4℃，攪拌速度300rpm），得到羧基活化后的PEG-COOH溶液，然后向PEG-COOH溶液中加入4.01g（0.008mol） HA-NH2，常溫下攪拌反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行離心，洗滌，干燥，得到PEG改性的納米羥基磷灰石（HA-PEG）；

（3）將分子量為20000的10g 8臂端氨基PEG溶解到100mL水中（10%），然后加入10g HA-PEG，得到PEG/HA-PEG混合溶液，然后向混合液中加入0.8g京尼平（4%），攪拌均勻后，置于37℃水浴中孵化直至其發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變即得到改性納米羥基磷灰石/PEG復(fù)合水凝膠。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。