一種膠原基貽貝仿生黏附性水凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，具體涉及一種膠原基貽貝仿生黏附性水凝膠及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 貽貝仿生黏附材料因其廣闊的市場應(yīng)用前景，可用于外傷、手術(shù)和整形等導(dǎo)致的 皮膚、肌肉、骨骼等損傷處的黏結(jié)與修復(fù)而受到廣大科技工作者的追捧。貽貝仿生黏附材料 的外在形式主要包括膜狀、海綿狀和水凝膠狀，由于水凝膠狀材料具有親水的聚合物網(wǎng)絡(luò)， 與細(xì)胞所處正常生理環(huán)境相似，頗受組織和細(xì)胞親睞，因此，水凝膠狀的貽貝仿生黏附材料 的研究最為集中也最為廣泛。
[0003] 理想的生物黏附材料既要滿足一般黏附材料的黏附性能要求，又要面對生物醫(yī)學(xué) 應(yīng)用中的特殊需求：良好的生物相容性，優(yōu)異的生物誘導(dǎo)作用和嚴(yán)苛的使用環(huán)境(例如干/ 濕條件下的不同界面）。近年來，人們?yōu)榻鉀Q當(dāng)前各種合成高分子類生物黏附材料存在的諸 多問題(例如生物相容性不夠，潤濕條件下黏附性能不夠理想，生物誘導(dǎo)作用欠缺等），逐步 將研究工作聚焦于生物的黏附行為，以期從仿生的角度來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，貽貝就是這類生 物的典型代表。貽貝是一種大量生長在海洋及沿海地區(qū)的軟體動物，通過分泌貽貝黏附蛋 白（MAPs)可以在潮濕的環(huán)境中與基體材料表面形成很強(qiáng)的相互作用，其氨基酸序列中含有 近30%的L-多巴和15%的賴氨酸殘基。盡管從貽貝中直接提取MAPs或者采用基因重組技術(shù) 來制備重組貽貝黏附蛋白在科學(xué)研究中也取得了較為不錯(cuò)的成績，但是存在提取過程繁 瑣、成本較高、產(chǎn)率不足的固有局限，因此，采用高分子仿生的方法合成含有仿貽貝黏附蛋 白功能元(3，4-二羥基苯丙胺，多巴胺，Dopamine)的貽貝仿生黏附材料成為當(dāng)前研究的熱 點(diǎn)。王堯等利用四臂聚乙二醇為主體分子，在其結(jié)構(gòu)中通過偶聯(lián)反應(yīng)引入多巴胺以及雙硫 鍵，合成了端基功能化的基于PEG的凝膠因子(PEG-多巴胺）貽貝仿生黏附性水凝膠（王堯 等.基于PEG-D0PA的可降解水凝膠的制備與性質(zhì)[J].高分子通報(bào)，2014，8:84-89);張峰等 通過1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亞胺(EDC)將多巴胺的自由氨基通過酰胺鍵接 枝到聚丙烯酸酯上，制備了含多巴胺的貽貝仿生聚丙烯酸酯黏附材料，多巴胺的引入大幅 提升了丙烯酸酯的黏附性和親水性（張峰等.多巴胺改性聚丙烯酸酯的合成及性能研究 [J].材料研究與應(yīng)用，2010,4(4):711-715);亦有報(bào)道，采用EDC將多巴胺與含羧基的聚氨 酯結(jié)合制備含多巴胺的貽貝仿生聚氨酯黏附材料，其對金屬的黏附強(qiáng)度提高了 30%左右， 并可與價(jià)格昂貴的貽貝黏附蛋白相媲美(孫培育等.含多巴胺的貽貝仿生聚氨酯[J].高分 子學(xué)報(bào)，2009,8:803-808);更有將多巴胺與胺化或羧基化的聚異丙基丙烯酰胺和聚乙烯醇 等高聚物僅通過非共價(jià)鍵結(jié)合，制備基于合成高分子的貽貝仿生黏附膜材料，考察其對各 類蛋白質(zhì)和細(xì)胞的黏附能力（ZhangY，etal.Assemblyofpoly(dopamine)/poly(N-isopropylacrylamide)mixedfilmsandtheirtemperature-dependentinteraction withproteins，Liposomes，andCelIs[J] ·Langmuir，2013，29(32): 10213-10222)。但是這 些合成高分子隸屬于生物惰性組分，在終產(chǎn)物的生物誘導(dǎo)作用和生物相容性方面，仍不盡 如人意。
[0004]隨著貽貝仿生黏附材料的不斷發(fā)展，人們對貽貝仿生生物黏附材料的要求不再局 限于黏附性能，逐步加大了對生物誘導(dǎo)作用的重視。有報(bào)道將絲素通過碳化二亞胺鹽酸鹽 與L-多巴通過共價(jià)鍵結(jié)合的方式偶聯(lián)起來，以期獲得兼具生物相容性和黏附作用的貽貝仿 生黏附膜材料(高動動.多巴仿生粘附材料的制備及其應(yīng)用[D]. 2013,東華大學(xué)，碩士畢業(yè) 論文）；Lee課題組將牛血清蛋白通過多巴胺引入到了鈦合金基底材料表面，制備了具有較 好生物礦化表面的貽貝仿生鈦合金功能膜黏附材料(RyuJ.B.，etal.Mussel-inspired polydopaminecoatingasauniversalroutetohydroxyapatitecrystallization [J].AdvancedFunctionalMaterials，2010,20(13) :2132-2139) ;Chen等將殼聚糖等通過 自然涂覆的方式引入到了預(yù)先浸潤了多巴胺溶液的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)膜表 面，制備了具有良好成骨誘導(dǎo)生長作用的貽貝仿生PLGA黏附膜材料，但是該研究限于膜材 料方向，且合成高分子PLGA為膜材料主體（ChenG，etal.Effectsofsurface functionalizationofPLGAmembranesforguidedboneregenerationon proliferationandbehaviorofosteoblasts[J].JournalofBiomedicalMaterials ResearchPartA，2013，101 (1): 44-53);楊茜將多巴胺與膠原的降解產(chǎn)物明膠通過偶聯(lián)劑 化學(xué)鍵合，制備了基于多巴胺修飾的明膠基黏附材料，并將之用于植入金屬材料表面的細(xì) 胞黏附與生長，但明膠的生物活性已被大量證實(shí)遠(yuǎn)不如膠原(楊茜.多巴結(jié)構(gòu)用于材料表面 的仿生修飾及其生物學(xué)基礎(chǔ)研究[D].2014,吉林大學(xué)，博士畢業(yè)論文）。
[0005]綜上所述，當(dāng)前專利文獻(xiàn)或非專利文獻(xiàn)多局限于合成高分子與多巴胺的相互作 用，終產(chǎn)物生物誘導(dǎo)作用有限，在生物活性天然高分子的貽貝仿生設(shè)計(jì)上不盡如人意，尤其 是在膠原基貽貝仿生黏附性水凝膠及其制備方法方面尚未見諸報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種膠原基貽貝仿生黏附性水凝 膠及其制備方法。該方法不僅使所制備的貽貝仿生黏附性水凝膠相對于從貽貝足絲中提取 的黏附蛋白價(jià)格更低，而且兼具膠原優(yōu)異的生物活性。不僅開發(fā)了新的仿生黏附性水凝膠 材料，而且為淡水魚膠原的高值轉(zhuǎn)化開辟了新的領(lǐng)域。本發(fā)明所制備的膠原基貽貝仿生黏 附性水凝膠，其化學(xué)組成主要為淡水魚膠原、多巴胺和交聯(lián)劑，其中淡水魚膠原為100份，多 巴胺為1~20份，交聯(lián)劑為1~10份。優(yōu)選地，淡水魚膠原為100份，多巴胺為2~12份，交聯(lián)劑 為5~9份。進(jìn)一步的優(yōu)選，淡水魚膠原為100份，多巴胺為10份，交聯(lián)劑為8份。該水凝膠材料 外觀為淺灰色或黑色凝膠體，無肉眼可見之雜質(zhì)，凝膠pH值為6~8,黏接強(qiáng)度為0.05~ 2.OMPa，平均孔隙率為60~90%，細(xì)胞毒性不大于0級。
[0007]具體地，本發(fā)明的膠原基貽貝仿生黏附性水凝膠的制備方法如下所述：
[0008] (1)按照常規(guī)的"酸-酶結(jié)合法"從淡水魚皮或魚鱗中提取未變性淡水魚膠原，經(jīng)鹽 析、離心、分離、酸溶、透析后冷凍干燥得到海綿狀未變性淡水魚膠原；
[0009] (2)將所提未變性膠原溶于稀酸溶液中，得到一定濃度的膠原溶液，通過低溫調(diào)節(jié) pH后，再將配制好的多巴胺溶液按照一定比例加入所述膠原溶液中；
[0010] (3)擇機(jī)加入交聯(lián)劑，通過調(diào)控凝膠化過程、充分水洗、透析、輻照滅菌后即可制備 出膠原基貽貝仿生黏附性水凝膠。
[0011] 上述步驟(1)中所述的淡水魚膠原的原料魚種類涵蓋常見的七大家魚(例如青魚、 草魚、鯉魚、鯽魚、鰱魚、鳙魚、團(tuán)頭魴），但不排除其它種類的淡水魚品種。
[0012] 上述步驟(1)中所述的提取未變性淡水魚膠原的"酸-酶結(jié)合法"中，酸的種類包括 乙酸、檸檬酸，酸的濃度范圍為〇 . 1~〇 . 5M/L，酶為胃蛋白酶，酶的用量為