一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶及其合成方法和用途

1.本发明属于生物医药材料领域，特别是涉及一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶及其合成方法和用途。


背景技术：

2.皮肤是人体最大的器官，覆盖人体整个外表面，约占身体总质量的8％。它可以保护身体免受伤害和微生物感染，在维持体内平衡和保护内部器官免受外界环境影响方面发挥着关键作用。据统计，每年有意(如手术)或无意(如烧伤或擦伤)受到皮肤创伤的人数高达上亿人。因此，处理和治疗这些伤口具有重要的社会和经济意义。
3.正常情况下，伤口的愈合一般可分为几个部分重叠的阶段，包括止血、炎症、增生和组织重构。急性创伤通常会有规律地经历这几个阶段，最终在几周内愈合。然而，这些阶段涉及多种生长因子和细胞类型复杂而协调的相互作用，并不能总是以有序的方式进行。糖尿病、感染、炎症和活性氧(ros)等诸多因素会影响其某一阶段，使伤口延迟愈合或转变成慢性伤口。慢性伤口易受微生物感染，引发持续性炎症，使ros和金属蛋白酶(mmps)浓度升高，破坏细胞外基质，严重阻碍伤口的愈合。
4.临床上普遍使用创伤敷料或皮肤移植物来干预各类慢性创伤的愈合，这也是目前最成功的策略。创伤敷料能在创面处提供临时的人工基质，还可负载药物、生长因子或细胞等，作用于伤口愈合的不同阶段，促进伤口的愈合。多年来，研究人员一直致力于开发各类创伤敷料及皮肤替代物，并尝试着通过干细胞生物学、纳米技术和各种血管化策略等尖端技术来模拟创面及皮肤的微环境。天然伤口微环境主要由ecm(细胞外基质)组成，含有细胞粘附位点、生化信号、生长因子和各类细胞等。ecm是伤口愈合的关键，它可以提供结构支持和信号来调节细胞反应。天然ecm通常具有独特的结构，由多种蛋白纤维(如纤维状胶原和弹性蛋白)形成，其特征尺寸从几十纳米到几百微米不等。目前关于创伤敷料的研究主要集中在基质的结构框架上，侧重于支架材料的力学和化学等整体性质，但是对于支架的拓扑结构考虑较少。
5.研究表明，支架的拓扑结构及其特征尺寸对细胞行为有着显著影响，进而影响着组织再生的质量。例如，细胞的生长方向(如血管内皮细胞的排列)是控制特定组织结构和形成的一个关键因素；定向排列的聚合物和胶原纤维可影响细胞外基质的结构，促进静止的角化细胞表型，预防疤痕的生成；碳纳米管阵列可抑制tgf-β通道，改变细胞外基质的成分，抑制成纤细胞的过度增殖和胶原蛋白的表达，减轻肥厚性疤痕。因此，在支架的设计中引入适当的拓扑结构和阵列，对促进伤口的愈合，开发新型创伤敷料具有重要的意义。
6.目前文献所报道的拓扑结构大多是基于自上而下(top-down)或自下而上(bottom-up)的方法在二维基质上构建的，所形成的拓扑图案特征尺寸较单一，具有很高的方向性和有序性。然而，天然ecm的特征尺寸从几十纳米到几百微米不等，且没有如此高的规整性。事实上，正常的ecm由非定向排列的基质组成，而肿瘤相关的ecm呈有序排列，且体内的细胞是生活在一个三维而非二维的微环境中。因此，在三维支架内部而非表面，构建具
有分级特征尺寸、非定向排列的拓扑结构，对模拟天然ecm，促进伤口愈合具有十分重要的促进作用。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提出了一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶及其合成方法和用途。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.本发明的技术方案之一：本发明提供了一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，具有如式(1)所示的结构：
[0010][0011]
其中：a为含有氨基和苯硼酸官能团高分子材料；b为含有醛基和羟基的高分子材料；c为磁性纳米材料定向排列形成的拓扑结构；d为亚胺键(又称席夫碱)，由氨基与醛基反应生成，具有ph响应性；e为苯硼酸酯，由苯硼酸与羟基反应生成，具有葡萄糖响应性；f为氢键，由磁性纳米材料表面的羟基与高分子上的氨基或羟基形成；g为离子键，由磁性纳米材料表面的羧基与高分子上的氨基形成。
[0012]
本发明的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶具有连续贯通的微孔结构，其孔径及模量可调；具有定向排列的拓扑结构；具有ph和葡萄糖双响应能力；具有可注射性和自愈合能力，能同时包封药物分子和活细胞，能持续可控释放药物分子。
[0013]
优选地，所述磁性纳米材料为表面有羟基和/或羧基官能团的磁性纳米材料。
[0014]
优选地，所述磁性纳米材料表面有羟基和羧基官能团，为磁性纳米纤维或磁性纳米管。
[0015]
优选地，所述含有氨基和苯硼酸官能团高分子材料为天然或合成高分子材料，包括苯硼酸修饰的聚赖氨酸、苯硼酸修饰的壳聚糖及其衍生物中的任意一种。
[0016]
优选地，所述含有醛基和羟基的高分子材料为天然或合成高分子材料，包括醛基封端聚乙二醇(peg)和聚乙烯醇(pva)组合，以及氧化葡聚糖的任意一种。
[0017]
一种所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶的合成方法，以含有氨基和苯硼酸官能团的高分子材料、含有醛基和羟基官能团的高分子材料以及磁性纳米材料为基础原料，利用希夫碱和苯硼酸酯原位交联反应以及氢键和电荷相互作用制备ph/葡萄糖双响应水凝胶，再通过外界磁场使所述ph/葡萄糖双响应水凝胶中的磁性纳米材料进行取向，制备得到具有三维拓扑结构的双响应水凝胶。
[0018]
可以在本发明具有三维拓扑结构的双响应水凝胶网络结构中负载药物(如降糖药物胰岛素或抗氧化剂等)和细胞；可以通过调节高分子分子量、高分子中官能团(氨基、苯硼酸、醛基和羟基)的比例以及磁性纳米材料的含量，从而制备不同三维结构和性能的水凝胶。
[0019]
本发明的技术方案之二：一种引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品，由药物和所述具有三维拓扑结构的双响应水凝胶制成。
[0020]
所述引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品的制备方法：将含有氨基和苯硼酸官能团的高分子材料、含有醛基和羟基官能团的高分子材料以及表面有羟基和羧基官能团的磁性纳米材料和药物混合均匀后，放入磁场中取向，静置，得到所述引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品。
[0021]
优选地，所述药物包括促炎症因子、降糖药、抗氧化剂、消炎药和细胞生长因子中的一种。
[0022]
优选地，所述引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品为创伤敷料。
[0023]
本发明的技术方案之三：所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶在制备引导细胞生长和/或糖尿病创伤修复产品中的应用。
[0024]
具有三维拓扑结构的双响应水凝胶中的三维拓扑结构引导细胞行为，调节细胞排列及生长方向，促进伤口愈合；同时，在糖尿病慢性伤口的低ph值和高血糖水平微环境中，水凝胶中的亚胺键和苯硼酸酯部分断开，使水凝胶的结构发生改变，触发药物分子在创面处的控制释放，促进慢性创伤的愈合；高分子-高分子、高分子-磁性纳米纤维/磁性纳米管之间的双网络结构可提高水凝胶的机械强度，满足敷料的力学性能需求；动态键原位交联可赋予水凝胶可注射性和自愈合性，便于填充不规则的组织创伤，并使敷料在伤口愈合过程中保持结构的稳定性。
[0025]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0026]
(1)本发明的三维拓扑双响应水凝胶具有三维拓扑结构，能引导细胞行为，调节细胞排列及生长方向。
[0027]
(2)本发明的三维拓扑双响应水凝胶具有ph和葡萄糖双重响应性。
[0028]
(3)本发明的三维拓扑双响应水凝胶能同时包封药物和细胞，并持续可控释放药物，且细胞生长状态良好。
[0029]
(3)本发明的三维拓扑双响应水凝胶可作为活性敷料，用于糖尿病慢性创伤的修复。一方面可引导细胞行为，调节细胞排列及生长方向，另一方面可通过ph/葡萄糖双响应控制药物分子在创面处的持续释放，调节伤口微环境，促进慢性创伤的愈合。
[0030]
(4)本发明的三维拓扑双响应水凝胶具有可注射性和自修复性。
[0031]
(5)本发明的三维拓扑双响应水凝胶制备方法简单易行，条件温和，可原位包封活细胞；可通过改变各组分的浓度和配比等来调节水凝胶的微孔及拓扑结构、模量、ph/葡萄糖响应性和药物释放速率等，由此得到所需的理想目标水凝胶。
附图说明
[0032]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0033]
图1为本发明实施例1制备的磁性埃洛石纳米管的透射电镜图；
[0034]
图2为本发明实施例1制备的磁性埃洛石纳米管的磁化曲线图；
[0035]
图3为本发明实施例1制备的水凝胶的扫描电镜图；
[0036]
图4为本发明实施例1和4制备的水凝胶时间扫描流变图；
[0037]
图5为本发明实施例2制备的水凝胶在不同条件下的药物释放曲线图。
[0038]
图6为本发明实施例2制备的水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向，左图为未加磁场取向的，右图为在磁场中取向的，箭头方向为磁场方向；
[0039]
图7为本发明实施例3制备的水凝胶的扫描电镜图；
[0040]
图8为本发明实施例3制备的水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向，左图为未加磁场取向的，右图为在磁场中取向的，箭头方向为磁场方向；
[0041]
图9为本发明实施例4制备的水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向，左图为未加磁场取向的，右图为在磁场中取向的，箭头方向为磁场方向；
[0042]
图10为本发明实施例5制备的水凝胶在不同条件下药物释放曲线图；
[0043]
图11为本发明实施例6制备的水凝胶中的hsf细胞的生长情况图，左图为第1天，右图为第3天，绿色的表示活细胞，红色的表示死细胞；
[0044]
图12为本发明实施例6制备的水凝胶中hsf的生长取向图，左图为未加磁场取向的，右图为在磁场中取向的，箭头为磁场方向，黑色的为磁性纳米管，蓝色的为dapi染色细胞核；
[0045]
图13为本发明实施例7制备的水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向，左图为未加磁场取向的，右图为在磁场中取向的，箭头方向为磁场方向；
[0046]
图14为本发明实施例7制备的水凝胶中的hsf细胞的生长情况图，左图为第1天，右图为第7天，绿色的表示活细胞，红色的表示死细胞。
[0047]
图15为本发明实施例7制备的水凝胶作为创伤敷料促进伤口修复的图片。
具体实施方式
[0048]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0049]
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0050]
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0051]
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实
施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0052]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0053]
本发明实施例中的室温指的是25
±
2℃。
[0054]
实施例1
[0055]
苯硼酸接枝壳聚糖/醛基封端聚乙二醇/聚乙烯醇/磁性埃洛石纳米管(cspba/pegcho/pva/mhnts)复合水凝胶的制备
[0056]
(1)苯硼酸接枝壳聚糖(cspba)的制备
[0057]
将177mg 3-羧基苯硼酸、123.3mg n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)加入250ml圆底烧瓶，加入60ml甲醇溶解，室温下搅拌20min后，加入166.3mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc
·
hcl)和壳聚糖溶液(0.5g溶于60ml 0.3wt％醋酸)，室温下搅拌24h后，将反应物转移到截留分子量为12kda的透析袋中，在去离子水中透析48h，每4小时更换一次水。将透析后的样品冷冻干燥，得到白色粉末状的产物，即为cspba。
[0058]
(2)醛基封端聚乙二醇(pegcho)的制备
[0059]
称取6.0g对醛基苯甲酸，8.25g n，n
’‑
二环己基碳二亚胺(dcc)，305mg 4-二甲氨基吡啶(dmap)加入250ml圆底烧瓶中，加入100ml二氯甲烷使反应物混合均匀，37℃水浴恒温搅拌，滴加80ml溶有10g聚乙二醇(peg)的二氯甲烷溶液，恒温搅拌24h。将反应物过滤除去沉淀n，n
’‑
二环己基脲(dcu)。滤液浓缩后用异丙醇进行重结晶，得到的粗产物先后用异丙醇及冰乙醚洗涤三次；真空干燥除溶剂后，用水洗方法以除去过量dcc，冷冻干燥后得到白色粉末状产物，即为pegcho。
[0060]
(3)磁性埃洛石纳米管(mhnts)的制备
[0061]
称取250mg埃洛石纳米管，超声分散于20ml去离子水中，得到分散液，将580mg fecl3·
6h2o和480mg feso4·
7h2o加入至上述分散液中，将混合溶液充满氮气，60℃条件下搅拌15min，接着加入5ml 25wt％氨水溶液，升温至70℃，最终混合溶液反应4h，反应过程中全程充氮气保护，在磁铁辅助下分离mhnts，用水和乙醇连续洗涤五次，直到溶液ph呈中性。样品在60℃下真空干燥，得到最终产物mhnts。制备得到的磁性埃洛石纳米管的透射电镜图见图1，磁化曲线见图2，可知所制备的磁性埃洛石纳米管具有很好的顺磁性。
[0062]
(4)称取cspba，加入去离子水配置成浓度为20mg/ml的cspba溶液，调节ph值为7.4，然后加入一定量的胰岛素，搅拌使其充分溶解得到cspba/胰岛素溶液(胰岛素在cspba/胰岛素溶液中的浓度为6mg/ml；称取一定量的pva和pegcho，分别加入去离子水配成浓度为16mg/ml的pva和pegcho溶液，调节ph值为7.4，将二者等体积混合，然后加入一定量的mhnts(mhnts的终浓度为0.54mg/ml)，搅拌使其分散均匀，得到pva/pegcho/mhnts分散液；将cspba/胰岛素溶液与pva/pegcho/mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到cspba/oxd/mhnts复合载药水凝胶，制备得到的水凝胶的扫描电镜图见图3，可知所制备的水凝胶具有连贯的网络结构；时间扫描流变图见图4，可知水凝胶的凝胶速度较快，具有较好的弹性。
[0063]
实施例2(cspba与mhnts制备方法同实施例1)
[0064]
苯硼酸接枝壳聚糖/氧化葡聚糖/磁性埃洛石纳米管(cspba/oxd/mhnts)复合水凝
胶的制备
[0065]
(1)氧化葡聚糖(oxd)的制备
[0066]
称取1g葡聚糖溶于30ml水中，加入0.597g高碘酸钠(溶于20ml水中)，室温下避光反应24h后，加入0.257g丙三醇，继续搅拌15min，将反应混合液转移到透析袋中，在去离子水中透析48h，每4小时更换一次水。将透析后的样品冷冻干燥，得到白色粉末状的产物氧化葡聚糖(oxd)。
[0067]
(2)称取一定量的cspba，加入去离子水配置成浓度为20mg/ml的cspba溶液，调节ph值为7.4，然后加入一定量的胰岛素，搅拌使其充分溶解得到cspba/胰岛素溶液(胰岛素在cspba/胰岛素溶液中的浓度为6mg/ml；称取一定量的oxd，加入去离子水配成浓度为40mg/ml的oxd溶液，调节ph值为7.4，然后加入一定量的mhnts(mhnts的终浓度为0.54mg/ml)，搅拌使其分散均匀，得到oxd/mhnts分散液；将cspba/胰岛素溶液与oxd/mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到cspba/oxd/mhnts复合载药水凝胶。水凝胶对胰岛素在不同条件下的释放曲线见图5，可知胰岛素能在水凝胶中持续释放，降低释放介质中的ph值或增加介质中的葡萄糖浓度，均能加快胰岛素的释放，同时也说明水凝胶具有ph和葡萄糖响应性。水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向见图6，由图6可知磁性埃洛石管在水凝胶中沿磁场方向取向，形成拓扑结构。
[0068]
实施例3
[0069]
苯硼酸接枝壳聚糖/氧化葡聚糖/磁(cspba制备方法同实施例1)性碳纤维(cspba/oxd/mcts)复合水凝胶的制备
[0070]
(1)磁性碳纤维的制备
[0071]
以二乙烯基苯(dvb)为单体，三氟化硼乙醚(bf3·
o(et)2)为引发剂，采用无模板阳离子聚合法，制备聚合物纳米纤维。用浓硫酸对聚合物纳米纤维进行磺化，利用表面的磺化凝胶层吸附fe
2+
和fe
3+
，再与尿素作用，控制oh-的释放速度，得到载有磁性氧化铁纳米粒子的聚合物纳米纤维。在700℃氮气条件下碳化后得到磁性纳米碳纤维(mcts)，可进一步对碳纳米纤维进行功能化，在表面引入羧基和羟基等官能团。
[0072]
(2)称取20mg cspba溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得cspba溶液，将6mg胰岛素加入cspba溶液中，搅拌溶解，得到混合溶液。
[0073]
(3)称取40mg oxd溶于1ml去离子水中，调节ph值为7.4，得oxd溶液，将2.4mg mcts加入到oxd溶液中，搅拌使其分散均匀，得到oxd/mcts分散液。
[0074]
(4)将cspba/胰岛素溶液与oxd/mcts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到cspba/oxd/mcts复合载药水凝胶。制备得到的水凝胶的扫描电镜图见图7，可知所制备的水凝胶具有连贯的网络结构。水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向见图8，由图8可知磁性埃洛石管在水凝胶中沿磁场方向取向，形成拓扑结构。
[0075]
实施例4
[0076]
(1)称取24mg实施例1步骤(1)的cspba溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节
ph值为7.4，得cspba溶液。
[0077]
(2)称取24mg pva溶于1ml去离子水中，90℃下搅拌溶解后冷却至室温，调节ph值为7.4，得pva溶液。
[0078]
(3)称取24mg实施例1步骤(2)的pegcho溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得pegcho溶液。
[0079]
(4)取0.5ml pva溶液和0.5ml pegcho溶液混合，搅拌均匀，得到pva/pegcho混合溶液，将1.44mg实施例1步骤(3)的mhnts加入到pva/pegcho混合溶液中，搅拌使其分散均匀，得到pva/pegcho/mhnts分散液。
[0080]
(5)将cspba溶液与pva/pegcho/mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，水凝胶的流变时间扫描见图4，由图4可知水凝胶凝胶速度较快，具有较好的弹性。水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向见图9，由图9可知磁性埃洛石管在水凝胶中沿磁场方向取向，形成拓扑结构。
[0081]
实施例5
[0082]
(1)称取30mg实施例1步骤(1)的cspba溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得cspba溶液，将6mg胰岛素加入到cspba溶液中，室温下搅拌溶解，得到cspba/胰岛素混合溶液。
[0083]
(2)称取30mg pva溶于1ml去离子水中，90℃下搅拌溶解后冷却至室温，调节ph值为7.4，得pva溶液。
[0084]
(3)称取30mg实施例1步骤(2)的pegcho溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得pegcho溶液。
[0085]
(4)取0.5ml pva溶液和0.5ml pegcho溶液混合，搅拌均匀，将9mg实施例1步骤(3)的mhnts加入到pva/pegcho混合溶液中，搅拌使其分散均匀，得到pva/pegcho/mhnts分散液。
[0086]
(5)将cspba溶液与pva/pegcho/mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到负载药物的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，水凝胶对胰岛素在不同条件下的释放曲线见图10，可知胰岛素能在水凝胶中持续释放，降低释放介质中的ph值或增加介质中的葡萄糖浓度，均能加快胰岛素的释放，同时也说明水凝胶具有ph和葡萄糖响应性。
[0087]
实施例6
[0088]
(1)称取16mg实施例1步骤(1)的cspba溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得cspba溶液，将hsf细胞加入到cspba溶液中，轻轻地搅拌混合均匀，得到cspba/细胞混合液。
[0089]
(2)称取16mg pva溶于1ml去离子水中，90℃下搅拌溶解后冷却至室温，调节ph值为7.4，得pva溶液。
[0090]
(3)称取16mg实施例1步骤(2)的pegcho溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得pegcho溶液。
[0091]
(4)取0.5ml pva溶液和0.5ml pegcho溶液混合，搅拌均匀，将0.96mg实施例1步骤(3)的mhnts加入到pva/pegcho混合溶液中，搅拌使其分散均匀，得到pva/pegcho/mhnts分散液。
[0092]
(5)将cspba溶液与pva/pegcho/mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置约5min得到负载药物的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶。hsf在水凝胶中的生长情况见图11，可知细胞在水凝胶中的生长情况良好，说明水凝胶具有较好的生物相容性。hsf在水凝胶中的生长取向见图12，可看到细胞沿磁性纳米管排列方向的生长趋势(蓝色为细胞核，黑色为磁性纳米管)，说明该拓扑水凝胶对细胞生长取向具有引导作用。
[0093]
实施例7
[0094]
(1)将磁性埃洛石纳米管分散在pbs(ph 6.0)中，得到浓度为10mg/ml的埃洛石纳米管分散液；将胶原溶解在pbs(ph 6.0)中，得到浓度为6mg/ml的胶原溶液；将胶原溶液和磁性埃洛石纳米管分散液混合，在30℃下抽真空(真空压力为5mm hg)10h，然后将反应混合物离心，用去离子水洗涤，冷冻干燥，得到胶原改性的磁性埃洛石纳米管(col-mhnts)。
[0095]
(2)称取16mg实施例1步骤(1)的cspba溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得cspba溶液，将hsf细胞加入到cspba溶液中，轻轻地搅拌混合均匀，得到cspba/细胞混合液。
[0096]
(3)称取16mg pva溶于1ml去离子水中，90℃下搅拌溶解后冷却至室温，调节ph值为7.4，得pva溶液。
[0097]
(4)称取16mg实施例1步骤(2)的pegcho溶于1ml去离子水中，室温下搅拌溶解，调节ph值为7.4，得pegcho溶液。
[0098]
(5)取0.5ml pva溶液和0.5ml pegcho溶液混合，搅拌均匀，将0.96mg胶原改性的磁性埃洛石纳米管加入到pva/pegcho混合溶液中，搅拌使其分散均匀，得到pva/pegcho/col-mhnts分散液。
[0099]
(6)将cspba溶液与pva/pegcho/col-mhnts分散液以体积比1:1混合，迅速搅拌使其充分混合均匀，立即在混合溶液两侧等距离处(4cm)放上强力磁铁(由钕、铁和硼合金制成的永磁体)，提供0.02tesla线性均匀磁场环境，静置5min得到负载药物的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶。水凝胶中的三维拓扑结构，即磁性埃洛石管在水凝胶中的取向见图13，由图13可知磁性埃洛石管在水凝胶中沿磁场方向取向，形成拓扑结构。hsf在该水凝胶中的生长情况见图14，可知细胞在水凝胶中的生长情况良好(绿色为活细胞，红色为死细胞)，第七天的细胞数明显增多，说明水凝胶具有较好的生物相容性。水凝胶敷料促进糖尿病小鼠伤口修复的情况见图15，相比于生理盐水对照组，该水凝胶敷料处理小鼠组的伤口愈合速度较快，说明该水凝胶能促进糖尿病伤口的修复。
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以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，其特征在于，具有如式(1)所示的结构：其中：a为含有氨基和苯硼酸官能团高分子材料；b为含有醛基和羟基的高分子材料；c为磁性纳米材料定向排列形成的拓扑结构；d为亚胺键；e为苯硼酸酯；f为氢键；g为离子键。2.根据权利要求1所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，其特征在于，所述磁性纳米材料为表面有羟基和/或羧基官能团的磁性纳米材料。3.根据权利要求2所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，其特征在于，所述磁性纳米材料为磁性纳米纤维或磁性纳米管。4.根据权利要求1所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，其特征在于，所述含有氨基和苯硼酸官能团高分子材料包括苯硼酸修饰的聚赖氨酸、苯硼酸修饰的壳聚糖及其衍生物中的任意一种。5.根据权利要求1所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，其特征在于，所述含有醛基和羟基的高分子材料包括醛基封端聚乙二醇和聚乙烯醇组合，以及氧化葡聚糖的任意一种。6.一种权利要求1-5任一项所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶的合成方法，其特征在于，以含有氨基和苯硼酸官能团的高分子材料、含有醛基和羟基官能团的高分子材料以及磁性纳米材料为基础原料，通过原位交联反应以及氢键和电荷相互作用制备ph/葡萄糖双响应水凝胶，再通过外界磁场使所述ph/葡萄糖双响应水凝胶中的磁性纳米材料进行取向，制备得到具有三维拓扑结构的双响应水凝胶。7.一种引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品，其特征在于，由药物和权利要求1-5任一项所述具有三维拓扑结构的双响应水凝胶制成。8.根据权利要求7所述的引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品，其特征在于，所述药物包括促炎症因子、降糖药、抗氧化剂、消炎药和细胞生长因子中的一种。9.根据权利要求7所述的引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品，其特征在于，所述引导细胞生长和糖尿病慢性创伤修复产品为创伤敷料。10.权利要求1-5任一项所述的具有三维拓扑结构的双响应水凝胶在制备引导细胞生长和/或糖尿病创伤修复产品中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具有三维拓扑结构的双响应水凝胶及其合成方法和用途，属于生物医药材料技术领域，以含有氨基和苯硼酸官能团的高分子材料、含有醛基和羟基官能团的高分子材料以及磁性纳米材料为基础原料，通过原位交联反应以及氢键和电荷相互作用制备pH/葡萄糖双响应水凝胶，再通过外界磁场使所述pH/葡萄糖双响应水凝胶中的磁性纳米材料进行取向，制备得到具有三维拓扑结构的双响应水凝胶，该水凝胶可以同时包封药物和细胞，并持续可控释放药物，且细胞生长状态良好，是一种理想的目标水凝胶。凝胶。凝胶。


技术研发人员：赵玲玲 张佳颖 戴范佳 周逸凡 梁洪泽 郭菲
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/22