一种非匀质水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种非匀质水凝胶及其制备方法和应用，属于生物医学材料领域。所述非匀质水凝胶包括凝胶化的连续相和分布在所述连续相中的凝胶微球。所述制备方法为先将凝胶材料的水溶液分散于油性溶液，经乳化和凝胶化处理，得到凝胶微球；再将所述凝胶微球与凝胶材料构建成非匀质水凝胶。所述水凝胶是非匀质的，可以采用不同种类材料或不同性能的同种材料、负载不同种类细胞或不同密度的同种细胞构建成非均匀分布的水凝胶材料，有利于组织或器官的重建，在组织工程领域具有广阔的应用前景，还可用于构建多种细胞有限接触三维共培养体系。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种非匀质水凝胶及其制备方法和应用，属于生物医学材料领域。所述非匀质水凝胶包括凝胶化的连续相和分布在所述连续相中的凝胶微球。所述制备方法为先将凝胶材料的水溶液分散于油性溶液，经乳化和凝胶化处理，得到凝胶微球；再将所述凝胶微球与凝胶材料构建成非匀质水凝胶。所述水凝胶是非匀质的，可以采用不同种类材料或不同性能的同种材料、负载不同种类细胞或不同密度的同种细胞构建成非均匀分布的水凝胶材料，有利于组织或器官的重建，在组织工程领域具有广阔的应用前景，还可用于构建多种细胞有限接触三维共培养体系。【专利说明】一种非匀质水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医学材料领域，具体涉及一种非匀质水凝胶及其制备方法和应用。 技术背景 由于水凝胶能够营造与细胞外基质接近的环境，为细胞的黏附、生长和增殖提供空间，所以水凝胶通常具有良好的生物相容性。水凝胶作为一种重要的支架材料，在组织工程领域中有广泛的应用并表现出良好的修复与重建前景，因此已经成为国内外生物医学材料研究与应用的重点之一。 现有的报道中，水凝胶基本都是同种材料或不同材料复合后制备成的匀质水凝胶，不管是组成或者结构上，这些水凝胶的内部都是均匀一致的，这与天然组织的多种组成与复杂结构是完全不同的。因此从仿生的角度上看，这种组成与结构的缺陷是很难实现组织或器官功能的重现。
技术实现思路
专利技术人通过对现有技术的综合分析发现现有技术中存在以下不足: 1.传统的匀质水凝胶在组成和结构上都比较单一，不能为不同细胞营造不同的微环境，影响细胞的黏附、生长与增殖，导致细胞分泌因子种类和数量的不足，从而使重构的细胞外基质不理想； 2.现有的直接接触或间接接触共培养体系不能兼顾不同种类细胞的相互影响以及细胞与材料的相互作用，忽略了其中一方面都可能对干细胞的诱导分化产生不利影响。 针对上述问题，本专利技术提供了一种非匀质水凝胶及有限接触共培养体系。 本专利技术通过以下技术方案来实现: 一种非匀质水凝胶，包括凝胶化的连续相和分布在所述连续相中的凝胶微球。所述水凝胶是非匀质的，所述连续相和微球可以采用相同的凝胶材料，获得材料形态结构分布不均匀的非匀质材料；也可以采用不同的凝胶材料，采用不同的凝胶材料时可以仿生天然组织中不同部位的局部微环境组成与结构，获得材料组成与结构不均匀的非匀质材料；还可以根据需要在制备时对连续相进行改性处理，或采用经过不同改性处理的凝胶微球来制备所述非匀质水凝胶，可以获得材料性能(如力学性能、降解性能等)分布不均匀的非匀质材料。另外，采用微球和连续相配合的方式可以在水凝胶内部提供丰富的界面，一方面便于营养物质和代谢产物的传输，另一方面可以充分发挥同种细胞间的相互作用和不同细胞间的相互影响，促进细胞的生长、增殖并进一步分泌形成天然细胞外基质。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，所述凝胶微球为球形或接近球形，尺寸分布为30-1000微米。采用该尺寸范围的微球有利于获得丰富的界面。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，构成所述连续相和凝胶微球的材料为具有良好生物相容性的凝胶材料。采用良好生物相容性的凝胶材料有利于细胞的黏附、生长及组织的形成。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，所述凝胶材料的前体材料具有良好水溶性，便于在制备过程中乳化成球。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，构成所述连续相和凝胶微球的材料为环境敏感型凝胶材料。采用环境敏感型凝胶材料便于进行凝胶化处理。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，所述环境敏感性凝胶材料为温敏材料、光敏材料或者离子敏感材料中的至少一种。进一步的，所述温敏材料可以是胶原、聚异丙基丙烯酰胺及其衍生物等凝胶温度低于401的材料中的至少一种；所述光敏材料可以是甲基丙烯酸酐或马来酸酐改性的透明质酸衍生物、硫酸软骨素衍生物、普鲁兰多糖衍生物等水溶性光敏多糖材料中的至少一种，光引发剂可以是2-羟基-4’ -(羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(12959),1-羟基环己基苯基丙酮(1184),2, 2-二甲氧基-苯基苯乙酮(1651)中的一种；所述离子敏感材料可以是海藻酸衍生物。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，在所述包载了凝胶微球的凝胶化的连续相外围还包覆有至少一层凝胶化的连续相或者所述包载了凝胶微球的凝胶化的连续相作为凝胶单元又分布在另外一层凝胶化的连续相中。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，所述凝胶微球和\或连续相中还包载有细胞。还可以根据需要调整包载细胞的种类和\或浓度，获得细胞种类和\或浓度分布不均匀的水凝胶材料。还可以获得细胞密度梯度分布的材料。 作为可选方式，在上述非匀质水凝胶中，包载两种或两种以上的细胞，可以形成多种细胞有限接触三维共培养体系。在该共培养体系中可以在所述连续相中装载一种细胞，将其余不同种类的细胞分别装载在不同的凝胶微球中(一个凝胶微球中装载同种细胞)；也可以将两种或两种以上的细胞分别装载在不同的凝胶微球中(一个凝胶微球中装载同种细胞在干细胞的定向诱导研究方面，研究人员已确认材料的三维结构以及力学强度等物理性能会影响干细胞的分化命运，同时也已经意识到不同种类细胞之间的相互作用是不能被忽略的，多种细胞的三维共培养是研究该问题的有效手段之一。现有的报道中，实现共培养的方式有两种，一种为直接接触，即将不同种类的细胞直接混合后再在支架材料上进行共培养，另一种为间接接触，即在不同支架上分别接种不同细胞后在同一个培养基环境中共培养，如廿矶培养体系。同样的，从仿生角度看，不管是直接接触还是间接接触都存在一定的缺陷，不能模拟生理环境中不同细胞有局部接触但又不混杂的情况。通过本专利技术所述有限接触共培养体系，在同一个培养载体中将不同种类的细胞隔开，仅通过有限接触进行共培养，可以更好的模拟生理环境中不同细胞有局部接触但又不混杂的情况。该体系可用于研究不同种子细胞在有限接触的共培养体系中的相互影响以及对组织工程支架材料的作用，特别适用于研究干细胞诱导分化的条件与机制探讨。 作为可选方式，上述方法中所述的胶原可以是动物皮、肌腱、尾腱为原料制备的胶原中的一种；所述的细胞可以是骨髓间充质干细胞、脂肪干细胞等祖细胞，或软骨细胞、成纤维细胞、内皮细胞等成体细胞中的一种。 本专利技术还提供了一种制备上述的非匀质水凝胶的方法，包括以下步骤: (1)将凝胶材料的水溶液分散于油性溶液，经乳化和凝胶化处理，得到凝胶微球； (2)将所述凝胶微球与凝胶材料构建成非匀质水凝胶。 作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(1)具体为:向油性溶液中加入体积百分浓度为0%?10%的表面活性剂，然后在机械搅拌作用下，加入凝胶材料溶液，使凝胶材料均匀分散于所述油性溶液中形成油包水的微球，搅拌两相混合液的同时选择相应的凝胶条件实现微球的凝胶化。所述凝胶材料溶液中凝胶材料的浓度优选为3-5008/1111。 作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(2)具体为将所述凝胶微球分散于连续相溶液介质中或分散于经改性或经部分凝胶化处理的连续相介质中，再对上述混合体系进行凝胶化处理形成非匀质水凝胶。 作为可选方式，在上述制备方法中，在所述步骤(1)和/或步骤(2)中在进行凝胶化处理前向混合溶液中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非匀质水凝胶，其特征在于，包括凝胶化的连续相和分布在所述连续相中的凝胶微球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，刘钧，樊渝江，张兴栋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51