一種聚多巴胺改性多孔支架的制備的制作方法

本發明涉及一種聚多巴胺表面改性海藻酸多孔材料的制備方法，屬于高分子材料和生物材料技術領域。

技術背景

骨組織具有較好的再生和自我修復能力，小的缺損基本可以自我愈合。但當缺損組織超出了一個臨界極限，則不能完成自我修復，所以需要借助于外科手術進行植入治療。目前，骨缺損修復較為有效的方法主要有兩種：自體骨移植和異體骨移植。自體骨移植被稱為骨移植“金標準”，但是也存在較多不足，如取材有限、易引起組織感染、易造成患者二次創傷等；異體骨移植則由于手術費用昂貴、易發生免疫排斥、易造成病毒性感染，使其在骨缺損修復領域的應用受到一定的限制。為了克服自體骨和異體骨移植存在的局限性，研究者們開始致力于研發用于修復、重建骨組織的理想的人工骨修復材料。

目前，用于骨組織修復的人工骨修復支架主要有金屬、陶瓷以及高分子三大類。其中金屬、陶瓷硬度較高，但其生物相容性較差、與周圍組織界面的結合性較弱，存在降解性差、脆性大等缺陷。高分子材料包含生物大分子和合成大分子兩大類，其具有較好的結構可調性、生物相容性和生物可降解性，已被用于支架材料的構筑。隨著對支架材料研究的不斷深入，研究者們發現細胞與材料之間的相互作用以及材料表面的性能對于骨缺損修復具有十分重要的影響。雖然高分子支架材料在應用中具有很多優勢，但是仍存在一些缺陷，構建一種與組織界面作用力強，支架的結構、力學強度、降解周期與周圍組織相匹配，具有可控釋放生物活性因子的支架材料還面臨著極大的挑戰。

研究發現骨組織具有較多的微孔結構，其內部的細胞密度由內層向表層逐步增加，是一種由海綿質向致密質逐步變化的梯度結構，正由于骨組織這種特殊的結構賦予了其堅硬結實而又不失韌性的特性，同時也為細胞提供了生存三維空間，使細胞按預制形態生長。為使支架材料能更好的滿足生物特性，這就要求其結構不能是簡單的單一結構。因此，通過精確的結構設計及制備過程的調控，簡單快速地構建結構和性能更加穩定、具有較高強度和梯度結構的支架材料，并探索其內部結構、形態及其與細胞間的相互作用具有重要的意義

聚多巴胺(polydopamine，pda)作為一種很好的黏附層涂層材料已經得到了廣泛應用，它不僅可以牢固地黏附在多種材料表面(如有機材料、無機材料以及高分子材料表面等)，而且其表面的苯醌基團還可以與帶有巰基(-sh)和氨基(-nh2)的聚合物發生邁克爾加成或是席夫堿反應，使得材料表面可以根據不同的需要修飾上具有不同功能的涂層材料。并且聚多巴胺涂層在一個很寬的ph值范圍內(ph＝1.0～12.0)都可以保持很好的穩定性，只有在強堿(ph＝13.0)中涂層才能夠被去除，這使其在諸多領域具有很大的應用價值。

在黏性蛋白中，足絲分泌的液體能瞬間固化，從而產生高黏附性的原因至今不明確，但是普遍認為黏性的產生是蛋白分子內交聯的結果。分子內交聯反應與dopa氧化為多巴醌(dopa.quinone)的過程密切相關，dopa分子中的二酚官能團通過單電子轉移與相鄰的dopa分子芳環的酚氧基偶合交聯；另一種觀點認為，分子內交聯反應是dopa分子中的氨基參與席夫堿(schiff-base)取代反應或者是邁克爾(michael)加成反應，多巴胺單體以及多巴胺氧化之后的中間產物在聚多巴胺的形成過程中具有特別重要的作用。另外，多巴胺的自氧化過程一般是要在堿性條件下進行的，多巴胺的酚羥基氧化為苯醌的反應是一個平衡反應過程，堿性環境有利于反應正向移動，加速多巴胺氧化聚合

本專利發明了一種聚多巴胺表面改性海藻酸支架材料的制備方法。利用聚多巴胺(pda)表面改性海藻酸多孔支架材料(alg)，制備pda/alg多孔支架材料，該種支架材料具有優異生物相容性、優異細胞黏附性、能有效促進骨組織再生，有望作為骨修復支架材料應用于生物醫學領域。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種聚多巴胺表面改性支架材料的制備方法，得到的pda/alg支架材料具有優異生物相容性、優異細胞黏附性、能有效促進骨組織再生。

本發明的設計思路是：通過冷凍干燥法制備海藻酸多孔支架，利用鈣離子對其進行交聯，再利用聚多巴胺對其進行表面改性，得到pda/alg多孔支架材料。

本發明的技術方案為：以氯化鈣(cacl2)為交聯劑通過冷凍干燥法制備海藻酸(alg)多孔支架材料；將多巴胺(da)溶于ph值為8.5的tris.hcl溶液中；再將alg支架材料浸入da的緩沖液溶液中，磁力攪拌24h進行表面涂覆；反應結束后取出表面改性的alg多孔支架材料，用超純水洗滌，再次冷凍干燥，得到聚多巴胺改性的海藻酸多孔支架材料。

其中，alg溶液的濃度分別為2％，3％和4％；da在tris.hcl緩沖液中的濃度為2mg/ml；交聯劑cacl2的濃度為5％。

本發明的有益效果：通過冷凍干燥法簡單、快速的制備多孔支架材料。利用具有優異生物相容性和黏附性的多巴胺對alg多孔支架進行表面改性，該方法制備得到多孔支架材料具有優異的生物相容性、優異的細胞黏附性、能有效促進骨組織再生，這種多孔材料具有修復骨組織的潛在應用價值。

附圖說明

圖1pda/alg多孔支架材料的照片

圖2pda/alg多孔支架材料的超景深照片

具體實施方式

實施例1、海藻酸鈉多孔支架材料的制備

將海藻酸鈉(alg)分別配制成2％、3％、4％的水溶液，各取1ml裝入模具中，用液氮快速冷凍成型，再將產物放入真空干燥機中干燥48h，得到白色圓柱體樣品；將樣品分別用5％的cacl2溶液交聯1h，之后用去離子水洗凈殘余的ca²⁺，再次用液氮冷凍并在真空干燥機中干燥48h，得到alg多孔支架材料。

實施例2、表面改性支架材料的制備

將多巴胺(da)溶解在tris.hcl緩沖液中(ph＝8.5)并使其濃度達到2mg/ml，將alg多孔支架材料浸入da溶液中，恒溫涂覆24h；反應結束后取出多孔支架材料，用超純水洗滌，最終得到的支架材料命名為pda/alg-a,其中a為alg溶液的濃度。

技術特征：

技術總結
本發明提供一種聚多巴胺表面改性海藻酸多孔支架材料的制備方法。本發明以生物大分子海藻酸(Alg)為基體，以氯化鈣(CaCl2)為交聯劑制備多孔支架并利用多巴胺(DA)的氧化自聚在其表面涂覆聚多巴胺涂層，得到PDA/Alg多孔支架材料。本發明制備得到的多孔支架材料具有優異生物相容性、細胞黏附性，在組織工程領域具有廣闊的應用前景。

技術研發人員：曹傳昊;章朱迎;陳靜;俞佳蕾;趙倩;施冬鍵
受保護的技術使用者：江南大學
技術研發日：2017.05.12
技術公布日：2017.09.12