温敏性接枝聚合物、可载细胞的水凝胶及制备方法与应用技术

本发明专利技术属智能材料，高分子材料和生物医学工程领域，涉及一种温敏性接枝聚合物、可载细胞的水凝胶及制备方法与应用。本发明专利技术将聚乙二醇单甲醚羧基化，将乙基纤维素溴化。将溴化的乙基纤维素与羧基化的聚乙二醇单甲醚进行DCC反应获得接枝共聚物EC‑Br/mPEG。再将EC‑Br/mPEG与除去活性的单体MEO2MA和OEGMA475以及PMDETA，CuBr进行ATRP反应，得到接枝共聚物。将产物透析至透明，冷冻蒸干后溶解在水中形成水凝胶溶液。水凝胶进一步制得可注射包裹细胞凝胶微球。本发明专利技术所得凝胶微球具有响应温度可调、生物无毒害性，在医药治疗方面具有广泛应用前景。所述合成方法简单易行，原料皆可工业化生产。

Thermosensitive graft polymers and hydrogel loaded with cells and their preparation and Application

The invention belongs to the field of intelligent materials, polymer materials and biomedical engineering, and relates to a temperature-sensitive graft polymer, a cell-loaded hydrogel, a preparation method and application thereof. The invention uses carboxylation of polyethylene glycol monomethyl ether to bromine ethyl cellulose. The graft copolymer EC_Br/mPEG was prepared by DCC reaction of brominated ethyl cellulose with carboxylated polyethylene glycol monomethyl ether. The graft copolymers were prepared by ATRP reaction of EC_Br/mPEG with the deactivated monomers MEO2 MA and OEGMA475, PMDETA and CuBr. The product was dialysated to transparent, frozen evaporated and dissolved in water to form hydrogel solution. Gel microspheres were further prepared by injecting encapsulated cells. The gel microsphere obtained by the invention has the advantages of adjustable temperature response and no toxicity to organisms, and has wide application prospects in medical treatment. The synthetic method is simple and feasible, and the raw materials can be industrialized.

【技术实现步骤摘要】
温敏性接枝聚合物、可载细胞的水凝胶及制备方法与应用
本专利技术属于智能材料，高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种温敏性接枝共聚物、可载细胞的水凝胶及制备方法与应用。
技术介绍
智能有机材料近年来得到广泛关注，这些材料能对外界刺激，如温度、pH值、光、盐、糖等做出响应，在纳米科技、生物医学领域都有广泛的应用。温敏性水凝胶是以水为分散介质的水溶性高分子物质引入一部分疏水基团和亲水基团。其中亲水基团与水分子结合，而疏水基团遇水膨胀的交联聚合物形成三维网状结构。温敏性水凝胶最大特征是具有最低临界相转变温度(LCST)。甲基丙烯酸-2(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA475)作为聚乙二醇(PEG)的同系物，可以通过调节他们之间的不同投料比得到不同的LCST，以与人体生理温度相适宜(Lutz,J.F.；Hoth,A.Macromolecules2006,39,893.doi:10.1021/ma0517042)。同时P(MEO2MA-co-OEGMA475)还具有良好的生物相容性，在生物医学领域有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种温敏性接枝聚合物、可载细胞的水凝胶及制备方法与应用，所得温敏性水凝胶的温度响应性可调节。P(MEO2MA-co-OEGMA475)在高于其LCST时，其亲疏水性由亲水转变为疏水，通过调节不同投料比例的MEO2MA和OEGMA475，可以控制其相转变温度。它的相转变温度与投料比的关系约成线型关系，其中当投料摩尔比为MEO2MA：OEGMA475＝92:8，其相转变温度为37℃(LutzJF.Polymerizationofoligo(ethyleneglycol)(meth)acrylates:Towardnewgenerationsofsmartbiocompatiblematerials[J].JournalofPolymerSciencePartAPolymerChemistry,2008,46(11):3459-3470.)。为了形成凝胶结构，本专利技术在主链乙基纤维素(EC)上引入聚乙二醇单甲醚(mPEG)作为永久亲水基团，以维持其水凝胶结构。聚乙二醇单甲醚(mPEG)具有良好的亲水性，其一端被单甲醚封端，一端为羟基仍有反应性。使得mPEG接枝在乙基纤维素(EC)上时，不会发生化学交联。本专利技术中使用乙基纤维素作为主链，接枝聚乙二醇单甲醚(mPEG)和甲基丙烯酸-2(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA475)共聚物，形成生物无毒性温敏性水凝胶，所得温敏性水凝胶当其温度高于LCST时保持凝胶状态，当温度低于LCST时，变为溶液。为了实现上述目标，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术将聚乙二醇单甲醚羧(mPEG)羧基化，将乙基纤维素(EC)溴化。将溴化的乙基纤维素(EC-Br)与羧基化的聚乙二醇单甲醚(mPEG-SA)进行DCC反应获得接枝共聚物EC-Br/mPEG。再将EC-Br/mPEG与除去活性的单体MEO2MA和OEGMA475以及PMDETA，CuBr进行ATRP反应，最后得到接枝共聚物EC-(MEO2MA-co-OEGMA475)/mPEG。将产物透析至透明，冷冻蒸干后溶解在水中形成水凝胶，通过温度的变化从而实现载细胞作用。本专利技术提供一种形成可载细胞的温敏性水凝胶所需的温敏性接枝聚合物的制备方法，具体步骤如下：(1)将乙基纤维素干燥，在60℃真空烘箱中烘24h。将干燥后的乙基纤维素溶解在干燥二氯甲烷中并加入少量三乙胺，冰浴下缓慢滴加2-溴异丁酰于烧瓶中，搅拌反应30h。用碳酸氢钠洗，水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；在无水乙醚中沉淀，过滤后提纯、干燥，得到产物EC-Br。(2)单甲醚聚乙二醇溶解在溶剂甲苯中，并和溶剂甲苯在120℃共沸回流12h以除水，然后蒸出一半溶剂，在系统冷却后加入丁二酸酐过量，在150度回流反应5h。将产物溶解在1mol/L的碳酸氢钠溶液中，冷却到0～5℃并过滤。滤液用5％的盐酸酸化，然后用三氯甲烷提取。收集有机相用去离子水洗涤，用无水硫酸镁干燥，浓缩，在冰乙醚中沉淀，烘干样品，得到产物mPEG-SA。(3)将(1)中所得产物EC-Br与(2)中所得产物mPEG-SA溶解在干燥的溶剂A中，按照反应设计加入适量的DMAP与DCC，其中投料比为酸：醇：DCC：DMAP＝4:1:4:2，在20℃的环境下反应48h。将所得产物过滤取滤液，透析并冻干得到产物EC-Br/mPEG。(4)在氮气保护下，将(3)中所得产物与OEGMA475和MEO2MA、PMDETA、CuBr与溶剂B加入至单口烧瓶中进行ATRP反应，体系经过：抽真空-充氩气三个回合后，在氩气气氛、60℃、磁力搅拌条件下反应，反应4～8小时，透析并冻干，得到温敏性接枝聚合物EC-(MEO2MA-co-OEGMA475)/mPEG。其中投料配方比按照所需凝胶低临界相转变温度(LCST)调节。由上述制备方法获得的温敏性接枝聚合物EC-(MEO2MA-co-OEGMA475)/mPEG的结构式如下：本专利技术还提供一种由上述温敏性接枝聚合物形成的可载细胞的温敏性水凝胶。所述可载细胞的温敏性水凝胶的制备方法为：将温敏性接枝聚合物溶解于水中，在预定温度下放置1小时以确定完全形成水凝胶。(以投料摩尔比为MEO2MA：OEGMA475＝92:8为例，预定温度为37℃)。本专利技术提供的温敏性接枝聚合物转变为水凝胶后，可以用以制备可注射载细胞微球，该可注射载细胞微球的制备方法为：(1)首先收集特定细胞，进行培养，具体培养方法按照细胞的种类而决定。(2)其次将温敏性接枝聚合物与一定蒸馏水混合配制水凝胶溶液，水凝胶溶液在37℃通过真空过滤灭菌，与步骤(1)所得细胞及其培养液混合得到水凝胶细胞混合液溶液。(3)最后将步骤(2)所得水凝胶细胞混合液装入注射器中，并将水凝胶细胞混合液滴入无菌矿物油中，逐渐升温至37度。因为油的疏水相互作用使得液滴硬化成微粒。用尼龙网布将它们过滤收集，放入有磷酸盐缓冲盐水的无菌烧杯中震荡清洗，用无菌毛巾吸干，得到可注射载细胞凝胶微球。本专利技术中，溶剂A为干燥四氢呋喃、苯甲醚、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。本专利技术中，溶剂B为干燥四氢呋喃、苯甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。本专利技术中，OEGMA475和MEO2MA为已经去除阻聚剂的单体。本专利技术的优点在于：原料来源广泛，所用的甲基丙烯酸-2(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA475)、聚乙二醇单甲醚(mPEG)、羟乙基纤维素(EC)、溶剂、沉淀剂等均可工业化生产，合成方法简单易行。制备的EC-(MEO2MA-co-OEGMA475)/mPEG，可通过调节其OEGMA475和MEO2MA比例调节其温度响应性,(以投料摩尔比为MEO2MA：OEGMA475＝92:8为例，其预定为37℃)，并且生物无毒，可载细胞。该接枝水凝胶材料在体外形成包裹细胞的可注射凝胶微球，在凝胶微球的保护下，治本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温敏性接枝聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将乙基纤维素干燥，在60℃真空烘箱中烘24h。将干燥后的乙基纤维素溶解在干燥二氯甲烷中并加入少量三乙胺，冰浴下缓慢滴加2‑溴异丁酰于烧瓶中，搅拌反应30h，然后用碳酸氢钠洗，水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；再在无水乙醚中沉淀，过滤后提纯、干燥，得到产物EC‑Br；(2)单甲醚聚乙二醇溶解在溶剂甲苯中，并和溶剂甲苯在120℃共沸回流12h以除水，然后蒸出一半溶剂，在系统冷却后加入丁二酸酐过量，在150度回流反应5h，将产物溶解在1mol/L的碳酸氢钠溶液中，冷却到0～5℃并过滤，滤液用5％的盐酸酸化，然后用三氯甲烷提取，收集有机相用去离子水洗涤，用无水硫酸镁干燥，浓缩，在冰乙醚中沉淀，烘干样品，得到产物mPEG‑SA；(3)将步骤(1)中所得产物EC‑Br与步骤(2)中所得产物mPEG‑SA溶解在干燥的溶剂A中，按照反应设计加入适量的DMAP与DCC，其中投料比为酸：醇：DCC：DMAP＝4:1:4:2，在20℃的环境下反应48h，将所得产物过滤取滤液，透析并冻干得到产物EC‑Br/mPEG；(4)在氮气保护下，将步骤(3)中所得产物与OEGMA475和MEO2MA、PMDETA、CuBr与溶剂B加入至单口烧瓶中进行ATRP反应，体系经过：抽真空‑充氩气三个回合后，在氩气气氛、60℃、磁力搅拌条件下反应，反应4～8小时，透析并冻干，得到产物EC‑(MEO2MA‑co‑OEGMA475)/mPEG；其中投料配方比按照所需凝胶低临界相转变温度(LCST)调节。...

【技术特征摘要】
1.一种温敏性接枝聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将乙基纤维素干燥，在60℃真空烘箱中烘24h。将干燥后的乙基纤维素溶解在干燥二氯甲烷中并加入少量三乙胺，冰浴下缓慢滴加2-溴异丁酰于烧瓶中，搅拌反应30h，然后用碳酸氢钠洗，水洗，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；再在无水乙醚中沉淀，过滤后提纯、干燥，得到产物EC-Br；(2)单甲醚聚乙二醇溶解在溶剂甲苯中，并和溶剂甲苯在120℃共沸回流12h以除水，然后蒸出一半溶剂，在系统冷却后加入丁二酸酐过量，在150度回流反应5h，将产物溶解在1mol/L的碳酸氢钠溶液中，冷却到0～5℃并过滤，滤液用5％的盐酸酸化，然后用三氯甲烷提取，收集有机相用去离子水洗涤，用无水硫酸镁干燥，浓缩，在冰乙醚中沉淀，烘干样品，得到产物mPEG-SA；(3)将步骤(1)中所得产物EC-Br与步骤(2)中所得产物mPEG-SA溶解在干燥的溶剂A中，按照反应设计加入适量的DMAP与DCC，其中投料比为酸：醇：DCC：DMAP＝4:1:4:2，在20℃的环境下反应48h，将所得产物过滤取滤液，透析并冻干得到产物EC-Br/mPEG；(4)在氮气保护下，将步骤(3)中所得产物与OEGMA475和MEO2MA、PMDETA、CuBr与溶剂B加入至单口烧瓶中进行ATRP反应，体系经过：抽真空-充氩气三个回合后，在氩气气氛、60℃、磁力搅拌条件下反应，反应4～8小时，透析并冻干，得到产物EC-(MEO2MA-co-OEGMA475)/mPEG；其中投料配方比按照所需凝胶低临界相转...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟忠，汪芮，谢晓云，王春堯，李婷玉，宋振友，金惠玲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31