一种复合凝胶微球的制备方法、复合凝胶微球及其应用技术

本发明专利技术公开了一种复合凝胶微球的制备方法，包括：对丝素蛋白进行修饰处理，得到甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液；加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；以预聚物溶液制备复合微滴，使用蓝光进行照射处理，得到丝素蛋白与生物聚合分子的复合凝胶微球。上述的方法能够制得机械性能高、生物相容性好的复合凝胶微球。本发明专利技术公开了基于上述制备方法的细胞包覆方法，复合凝胶微球包覆细胞的损伤小、毒性低，能够得到存活、增殖良好的包覆细胞。本发明专利技术公开了上述方法制备的复合凝胶微球及其在细胞三维培养、3D打印、作为生物医用材料的应用，复合凝胶微球良好的生物相容性和机械性能使其在生物医药领域具有广泛应用。

Preparation method of composite gel microsphere, composite gel microsphere and its application

【技术实现步骤摘要】
一种复合凝胶微球的制备方法、复合凝胶微球及其应用
本专利技术涉及生物材料
，具体涉及一种复合凝胶微球的制备方法、基于复合凝胶微球的制备方法的细胞包覆方法、复合凝胶微球及复合凝胶微球的应用。
技术介绍
丝素蛋白是由家蚕丝脱胶得到的纤维状蛋白质，主要由18种氨基酸以一定的顺序排列而成，其中85％的氨基酸为侧链比较简单的丙氨酸(Ala)、丝氨酸(Ser)以及甘氨酸(Gly)等，并以规整的结构而形成一定的结晶区；而非晶区则是由大量以无定型结构存在的，带有较大侧基的络氨酸(Tyr)、色氨酸(Try)以及苯丙氨酸(Phe)等构成的。丝素蛋白的蛋白纯净度高、生物杂质少，具有良好的生物相容性和生物可降解性，从服饰原料到食品、保健品、化妆品及医学等方面均有广泛的应用。此外，研究证明丝素蛋白对机体无过敏和免疫反应，由于其易被化学修饰和改性以及可控的释放速率，使其在组织修复、药物缓释以及功能性组织工程等方面具有很大的开发前景。丝素蛋白具有很强的可塑性，通过不同的化学、物理方法的处理，可以加工成不同性能、不同形态的生物材料，例如凝胶、膜、微球、粉末、三维多孔材料等。凝胶是一种三维网络结构的大分子材料，内部高分子链形成交联结构。水凝胶是以水为分散介质的凝胶，它可以物理性持久地在水溶剂中溶胀但不会溶解。丝素蛋白水凝胶，是以丝素蛋白为基质构成的三维网络结构材料，小分子药物可以在三维空隙中扩散流动，使丝素蛋白水凝胶可以作为药物释放的载体；此外，其三维网格结构还可以为细胞生长提供适当的空间，用于细胞的培养和增殖。丝素蛋白水凝胶可以由物理方法或化学方法形成，物理方法凝胶最常见的为超声凝胶，高分子间通过分子间作用力连接在一起，然而通过物理方法交联制备的水凝胶往往存在溶胀后结构稳定性和机械强度差等不足，且以物理方法凝胶在包裹细胞时，容易对细胞造成损伤、影响细胞的存活和增殖。化学方法制备丝素蛋白水凝胶可以提高其机械性能，但化学方法凝胶过程中需要使用多元醛类、碳化二亚胺类等交联试剂，得到的丝素蛋白水凝胶容易因交联剂残留产生细胞毒性，导致其生物相容性降低。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中制备丝素蛋白水凝胶的方法无法制得兼具良好的生物相容性和机械性能的丝素蛋白水凝胶的缺陷。为此，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种复合凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：S1，对丝素蛋白进行修饰处理，得到甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液；S2，向所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液中加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；S3，以所述预聚物溶液制备复合微滴，使用蓝光对所述复合微滴进行照射处理，得到固化微球，即为丝素蛋白与生物聚合分子的复合凝胶微球。可选地，上述的制备方法，所述生物聚合分子选自胶原蛋白、明胶和透明质酸中的任一种；优选地，所述甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液的浓度为1－5wt％，所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液的浓度为1－10wt％，所述光引发剂为0.1－0.5wt％的苯基－2，4，6－三甲基苯甲酰基膦酸锂。可选地，上述的制备方法，所述蓝光的波长为390－420nm，所述蓝光的强度为10-100mW/cm2，所述照射处理的时间为10-200s；优选地，所述蓝光的波长为405nm，所述蓝光的强度为30mW/cm2，所述照射处理的时间为20s。可选地，上述的制备方法，所述以所述预聚物溶液制备复合微滴的步骤包括：以所述预聚物溶液为分散相，以氟化油、矿物油、硅油和环己烷中的任一种为连续相，所述分散相在所述连续相作用下被剪切，得到所述复合液滴。可选地，上述的制备方法，所述S2步骤还包括：对所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液进行纯化、冻干处理，将冻干的甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白复溶，向复溶液中加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；所述S3步骤还包括：对所述照射处理后的复合液滴进行清洗处理，得到所述固化微球；优选地，所述纯化处理包括：将所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液置于截留分子量为12－14KD的透析袋中进行透析处理，然后离心去除沉淀；所述冻干处理包括：将纯化的甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液在－80℃的温度下冷冻12小时后，冻干48小时；所述清洗处理使用20wt％的全氟辛醇水溶液。可选地，上述的制备方法，所述制备丝素蛋白溶液的步骤包括：溶解脱胶丝素蛋白，然后在60℃的温度下加热处理1h，得到所述丝素蛋白溶液；优选地，使用溴化锂溶液、氯化锂溶液和氯化钙溶液中的任一种溶解所述脱胶丝素蛋白。可选地，上述的制备方法，所述对丝素蛋白进行修饰处理的步骤包括：将所述丝素蛋白溶液与所述甲基丙烯酸酐试剂混合均匀，在60℃的温度下加热处理4h，得到所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液；优选地，所述甲基丙烯酸酐试剂选自甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸酐中的任一种，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯在所述丝素蛋白溶液中的浓度为150－600mM。第二方面，本专利技术提供了一种基于上述制备方法的细胞包覆方法，所述细胞包覆方法包括：在所述S2步骤中，混合所述预聚物溶液与待包覆的细胞，得到预聚物与细胞的混合溶液；在所述S3步骤中，以所述预聚物与细胞的混合溶液制备所述复合微滴，使用蓝光对所述复合微滴进行照射处理，得到所述固化微球，即为包覆有细胞的复合凝胶微球。第三方面，本专利技术提供了一种由上述方法制备的复合凝胶微球。第四方面，本专利技术提供了上述的复合凝胶微球在细胞三维培养和/或3D打印中的应用。第五方面，本专利技术提供了上述的复合凝胶微球作为生物医用材料的应用。可选地，上述的应用，所述生物医用材料包括药物释放载体、组织工程材料和/或医用敷料。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的复合凝胶微球的制备方法，对丝素蛋白进行化学修饰，使丝素蛋白的侧氨基上引入甲基丙烯酸酯基团，得到甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白。甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白、甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子混合光引发剂的复合液滴，在蓝光照射下产生自由基，继而引发甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白与甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子的交联固化，得到由丝素蛋白与生物聚合分子共聚形成的复合凝胶微球。通过丝素蛋白与生物聚合分子的共聚交联，使凝胶三维网络结构的强度增加，复合凝胶微球的应力松弛所需时间短，具有较佳的机械性能。同时，由于甲基酸酐化的丝素蛋白与甲基酸酐化的生物聚合分子均具有良好的生物相容性，使得到的复合凝胶微球在机械性能提高的同时具有高的生物相容性、低的细胞毒性，适于应用于组织工程、缓释载体以及细胞培养增殖等生物医学领域。对丝素蛋白和生物聚合分子的甲基酸酐化的程度进行调节，还能够实现对复合凝胶微球降解性能的调控，使复合凝胶微球适用于不同的应用环境。在复合凝胶微球的制备过程中，通过蓝光照射复合微滴，不仅能够实现甲基酸酐化的丝素蛋白与甲基酸酐化的生物聚合分子的交联固化，并且以蓝光照射能够明显减小在以复合凝胶微球进行细胞包覆时对细胞产生的损伤，保持细胞的生物活性，使细胞在复合凝胶微球内能够实现良好的生长、增殖。2.本专利技术提供的复合凝胶微球的制备方法，生物聚合分子选自胶原蛋白、明胶和透明质酸中的任一种。胶原蛋白、明胶和透明质酸作为天然生物高分子材料，生物相容性高；胶原蛋白、明胶或透明质酸与丝素蛋白共聚后，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合凝胶微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对丝素蛋白进行修饰处理，得到甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液；S2，向所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液中加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；S3，以所述预聚物溶液制备复合微滴，使用蓝光对所述复合微滴进行照射处理，得到固化微球，即为丝素蛋白与生物聚合分子的复合凝胶微球。

【技术特征摘要】
1.一种复合凝胶微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对丝素蛋白进行修饰处理，得到甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液；S2，向所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液中加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；S3，以所述预聚物溶液制备复合微滴，使用蓝光对所述复合微滴进行照射处理，得到固化微球，即为丝素蛋白与生物聚合分子的复合凝胶微球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物聚合分子选自胶原蛋白、明胶和透明质酸中的任一种；优选地，所述甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液的浓度为1－5wt％，所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液的浓度为1－10wt％，所述光引发剂为0.1－0.5wt％的苯基－2，4，6－三甲基苯甲酰基膦酸锂。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述蓝光的波长为390－420nm，所述蓝光的强度为10-100mW/cm2，所述照射处理的时间为10-200s；优选地，所述蓝光的波长为405nm，所述蓝光的强度为30mW/cm2，所述照射处理的时间为20s。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述以所述预聚物溶液制备复合微滴的步骤包括：以所述预聚物溶液为分散相，以氟化油、矿物油、硅油和环己烷中的任一种为连续相，所述分散相在所述连续相作用下被剪切，得到所述复合液滴。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述S2步骤还包括：对所述甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白溶液进行纯化、冻干处理，将冻干的甲基丙烯酸酐化的丝素蛋白复溶，向复溶液中加入甲基丙烯酸酐化的生物聚合分子溶液和光引发剂，得到预聚物溶液；所述S3步骤还包括：对所述照射处理后的复合液滴进行清洗处理，得到所述固化微球；优选地，所述纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，黎海文，蒋克明，周武平，刘聪，张志强，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32