一种水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种水凝胶及其制备方法和应用，其中水凝胶为图案化温敏性水凝胶，包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N‑异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。所述的水凝胶用于细胞培养，收集细胞层，进一步可用于构建三维肿瘤模型。本发明专利技术提供的水凝胶合理配伍各原料组分，具有优异的温敏性能，通过合理配伍的氧化石墨烯浓度，使水凝胶在细胞培养温度下，呈现疏水性，促进细胞在其表面黏附增殖；在室温条件下，水凝胶由疏水转变为亲水，能够在短时间内收集到脱附的细胞层，利用得到的细胞层进一步培养成具有三维结构的细胞球，既可以用于肿瘤模型研究，也可作为筛选抗肿瘤药物的细胞模型。 1

A hydrogel and its preparation and Application

The invention relates to a hydrogel and its preparation method and application, in which the hydrogels are patterned thermosensitive hydrogels, including the raw material components of the following mass fraction: 10~50 copies of N isopropyl acrylamide monomers, 0.01 to 0.2 copies of graphene oxide and 5~30 phr crosslinker. The hydrogel is used for cell culture, collection of cell layer, and further construction of three-dimensional tumor models. The hydrogels provided by the present invention are reasonably compatible with the components of each material, and have excellent temperature sensitive properties. By the reasonable compatibility of the concentration of graphene oxide, the hydrogels exhibit hydrophobicity at the cell culture temperature and promote the cell adhesion and proliferation on the surface of the hydrogel; at room temperature, the hydrogel is changed from hydrophobicity to hydrophilic at room temperature. In time, the cell layer is collected, and the cell layer is further cultured into a three dimensional cell ball. It can be used not only in the study of tumor model, but also as a cell model for screening antitumor drugs. One

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于细胞培养
，尤其涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
人类组织器官的功能的损害及丧失，都可以导致疾病和死亡。美国有资料显示，每年都有超过百万的人患有组织器官功能损害或丧失的疾病。我国是全世界人口最多的国家，同时也是患有组织器官功能损害或丧失疾病最多的国家。理想的组织工程是将机体正常组织细胞吸附在支架上进行体外培养，而这种支架可以被机体吸收，当达到一定程度，把细胞-支架植入机体病变部位，随着支架被机体慢慢吸收，上面的细胞也就慢慢形成了相应的组织，从而达到修复的目的。然而，支架材料还存在很多问题需要探索和解决。细胞片层技术是应用细胞片层进行组织重建，比如将片层直接植入受区位点，或通过异型和同型细胞片层的叠加，构建细胞片层后植入受区位点通过细胞层技术已经在体外构建出了心肌组织，角膜组织，膀胱上皮组织，软骨组织等。与传统组织工程方法相比，这些应用细胞层技术构建的三维组织更接近于人体正常组织。常规的细胞培养是以TCPS培养板为载体的，培养后用胰酶使细胞外基质降解，从而使培养细胞脱附，但是胰酶会损坏细胞外基质，破坏细胞间连接，影响细胞的生物活性。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(pNIPAm)在水溶液中的温度响应性可以获得完整无损伤细胞片：pNIPAm在细胞培养温度下呈疏水性，适合细胞贴附增殖；当温度降低到低临界溶液温度以下时，pNIPAm发生疏水-亲水转变，细胞自动从其表面分离，从而获得完整的细胞层。目前，细胞层收集的主要方法是将N-异丙基丙烯酰胺通过电子辐射、等离子体处理或紫外照射等手段将其线性聚合物固定在基底上。但基底接枝线性pNIPAm的方法对pNIPAm的厚度有严格要求，太低，黏附的细胞降温不能脱附；太高，细胞不能黏附。为了得到适宜的pNIPAm厚度，通常需要特殊的仪器或复杂的化学聚合手段，这在主流生物实验室中难以实现。水凝胶是一种含水但不溶于水的聚合物，相对于接枝线性聚合物，水凝胶的制备方法简单易行。但细胞在pNIPAm水凝胶表面的黏附能并不理想，为了改善细胞在pNIPAm水凝胶表面的黏附增殖性能，锂藻土、壳聚糖、明胶、多壁碳纳米管等材料用于改性pNIPAm水凝胶，但制备的凝胶柔韧性差、响应速率慢。
技术实现思路
本专利技术针对上述的技术问题，提出一种水凝胶及其制备方法和应用。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种水凝胶，包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N-异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。作为优选：所述交联剂为聚乙二醇类交联剂。作为优选：还包括以下质量份数的原料组分：0.1～10份的引发剂和0.5～5份的催化剂。作为优选：所述N-异丙基丙烯酰胺类单体为N-异丙基丙烯酰胺、2-羟基异丙基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺；所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯或聚乙二醇双甲基丙烯酸酯；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述催化剂为亚硫酸钠或N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。作为优选：所述的水凝胶为图案化的水凝胶。一种上述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：取N-异丙基丙烯酰胺类单体、氧化石墨烯和交联剂，与去离子水相混合，经低温超声分散，得到聚合物预聚体溶液，所述聚合物预聚体溶液中的所述N-异丙基丙烯酰胺类单体质量浓度为10～50％、所述氧化石墨烯的质量浓度为0.01～0.2％、所述交联剂的质量浓度为5～30％；将所述聚合物预聚体溶液放入模具中，经室温聚合得到图案化的水凝胶。作为优选：所述聚合物预聚体溶液中还添加有引发剂，所述聚合物预聚体溶液中的引发剂的质量浓度为0.1～10％，经低温超声分散后加入催化剂，所述聚合物预聚体溶液中的催化剂的质量浓度为0.5～5％，经低温超声混合后得到溶液放入模具中，经室温聚合得到图案化的水凝胶，经去离子水浸泡后灭菌保存。一种上述水凝胶在培养细胞中的应用。作为优选：取一种或多种贴壁细胞接种于水凝胶表面，经细胞培养在图案化的水凝胶内培养成层，得到细胞层。作为优选：将所述细胞层经降温脱附出后转移至琼脂铺底的细胞板中培养，得到单种或多种细胞共培养的细胞球。一种上述的水凝胶在制备三维肿瘤模型的应用。作为优选：取肿瘤细胞和其他贴壁细胞均接种于水凝胶表面，经细胞培养在图案化的水凝胶内培养成层，得到细胞层，将所述细胞层经降温脱附出后转移至琼脂铺底的细胞板中培养，得到肿瘤细胞和其他贴壁细胞共培养的细胞球。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、本专利技术提供的水凝胶合理配伍各原料组分，通过合理配伍的氧化石墨烯，细胞能够黏附并增殖。且制备的水凝胶交联密度均匀；最重要的是具有优异的温敏性能和生物相容性，其相变温度在35℃。在细胞培养温度下，呈现疏水性，在室温时，水凝胶呈现亲水性，其表面的细胞或细胞层基于温度的变化可以带着其表面的细胞外基质脱附。2、本专利技术的水凝胶细胞层技术应用于构建体外三维肿瘤模型，通过模拟三维细胞网络、细胞与基质、细胞与细胞之间的相互作用，使体外三维培养的细胞具有人类肿瘤组织中相应的病理生理学特征，功能上更接近细胞在体内肿瘤微环境内的表达，结构将会更接近人体天然肿瘤组织，从而弥补目前体外三维培养技术构建肿瘤模型的不足。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的水凝胶用于培养细胞的流程图；图2为本专利技术实施例非洲绿猴肾成纤维细胞接种于水凝胶表面培养成细胞层的显微镜图；图3为本专利技术实施例图2所示细胞层脱附后的显微镜图；图4为本专利技术实施例图3所示脱附的细胞层再培养后的显微镜图；图5为本专利技术实施例人宫颈癌细胞接种于水凝胶表面培养成细胞层的显微镜图；图6为本专利技术实施例图5所示细胞层脱附后的显微镜图；图7为本专利技术实施例图5所示脱附的细胞层再培养后的显微镜图；图8为本专利技术实施例10中纤维细胞-肿瘤细胞共培养的细胞球的电镜图；图9为本专利技术实施例中非洲绿猴肾成纤维细胞在不同含量氧化石墨烯的水凝胶表面增值数量柱状图；图10为本专利技术实施例中人宫颈癌细胞在不同含量氧化石墨烯的水凝胶表面增值数量柱状图；具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种水凝胶，包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N-异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种含氧衍生物，它是由石墨粉经化学氧化及超声剥离后的产物，其基本单元是有机材料中最为稳定的碳六元环结构。氧化石墨烯不仅具有优异的机械性能、表面活性和润湿性能，而且能被聚合物或小分子插层后剥离，在改善材料的电学、力学、热学等综合性能方面起着至关重要的作用。通过将N-异丙基丙烯酰胺类单体和氧化石墨烯相配伍，改善细胞在聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶表面的黏附增殖性能，同时在交联剂的交联作用下，在细胞培养温度条件，水凝胶对肿瘤细胞、成纤维细胞都具有优异的黏附增殖性能，在室温下，可以收集到完整的细胞层。在一可选实施例中：所述交联剂为聚乙二醇类交联剂。其中针对本专利技术的水凝胶，用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水凝胶，其特征在于：包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N‑异丙基丙烯

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶，其特征在于：包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N-异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于：所述交联剂为聚乙二醇类交联剂。3.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于：还包括以下质量份数的原料组分：0.1～10份的引发剂和0.5～5份的催化剂；所述N-异丙基丙烯酰胺类单体为N-异丙基丙烯酰胺、2-羟基异丙基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺；所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯或聚乙二醇双甲基丙烯酸酯；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述催化剂为亚硫酸钠或N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。4.一种权利要求1～3任一项所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：取N-异丙基丙烯酰胺类单体、氧化石墨烯和交联剂，与去离子水相混合，经低温超声分散，得到聚合物预聚体溶液，所述聚合物预聚体溶液中的所述N-异丙基丙烯酰胺类单体质量浓度为10～50％、所述氧化石墨烯的质量浓度为0.01～0.2％、所述交联剂的质量浓度为5～30％；将所述聚合物预聚体溶液放入模具中，经室温聚合得到图案化的水凝胶。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏永清，吴寒，唐大超，王生杰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37