一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶、其制备方法及其应用，采用微流控方法结合在线光聚合反应，高通量制备一种丙烯酰化明胶微凝胶，及其在生物活性物质包封方面的应用。首先利用液滴微流控技术高通量制备丙烯酰化明胶微液滴，之后在微流控管道上方放置一个与光引发剂配套的可见光光源，实现在线连续生产GelA微液滴并固化形成微凝胶颗粒。在线包封物质只需把活性物质与水相预先混合。本发明专利技术结合了液滴微流控技术可高通量生产尺寸均一性液滴的优点，又兼具GelA低粘度、高光聚合效率和良好生物相容性的优势，能够用于高效率和高质量生产生物相容性微凝胶，制备过程也具有生物相容性，能够满足在线包封生物分子和细胞的需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于生物材料领域，涉及一种生物相容性微凝胶及其制备方法，特别是通过微流控技术在线光聚合高通量微凝胶的制备，及将其应用于生物活性物质在线包封。

技术介绍

[0002]生物相容性微凝胶相比于宏观凝胶具有较大的比表面积，凝胶球内物质与环境允许高效的物质交换，且具有一定的可流动注射性。因此在包括生物医学检测、药物及关键生物分子保护和负载，组织修复等领域具有重要的应用价值。在制备生物相容性微凝胶的技术中，液滴微流控技术由于可以大规模生产单分散的微凝胶颗粒，并精确控制其尺寸、成分和结构，因此在尺寸和结构精密性控制方面独具优势，成为微凝胶生产的关键技术，受到广泛关注。液滴微流控技术已广泛应用于多种生物相容性高分子液滴及其微凝胶的制备，主要包括多糖(藻酸盐和琼脂糖)、PEG衍生物、明胶、透明质酸和胶原蛋白。
[0003]在这些材料中，明胶具有许多优势特点：
[0004]其来源丰富、生物相容性理想、细胞附着的RGD区域丰富、无免疫原性，但其在体温附近或高于体温时所形成的物理凝胶具有不稳定性。因此，人们发展了许多可化学交联的改性明胶。其中，甲基丙烯酰胺化明胶(GelMA)是生物制造中应用最广泛的改性明胶，它继承了明胶作为生物相容性凝胶的所有优点，并且可以通过化学或光聚合形成稳定的共价交联凝胶。因此，生产包封生物物质的GelMA微凝胶颗粒很有价值。但是现有液滴微流控生产GelMA微凝胶颗粒存在两个局限。
[0005]首先，在室温到体温之间GelMA的粘度变化较大，液滴尺寸对温度很敏感，因此需要精确的温度控制才能制备尺寸均匀的液滴。这种需要精密温度控制的制备要求，增加了制造成本，也增加了可能的制造误差。
[0006]其次，365nm的紫外光源和光引发剂2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(Irgacure 2959)都具有生物毒性，例如蛋白质等生物分子会在紫外光下变性，而细胞即便能在聚合过程中存活下来，也可能改变表型，存在毒副作用。因此只能采用低浓度的Irgacure 2959和小剂量的紫外光照射进行微凝胶的光聚合。同时GelMA具有缓慢的聚合动力学，这就要求较高浓度的光引发剂和较高的光照剂量才能够形成具有一定力学强度的凝胶微球。这样的制造过程也使在线包封药物、生物活性分子甚至细胞变得困难，需要在高生物相容性和合适的凝胶机械强度之间取得平衡。因此采用一种具有生物相容性、更快反应动力学的明胶衍生物光聚合体系配合微流控在线光聚合芯片是十分必要的。这将有效保护包封物的生物活性，提高整个微凝胶颗粒的生产质量。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术GelMA微凝胶的液滴微流体生产存在的粘度变化范围大，紫外光源和Irgacure 2959光引发剂毒性高问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶、其制备方法及其应用，本专利技术能够在液滴微流控装
置中连续、可靠、高通量地在线生产改性明胶微凝胶颗粒。本专利技术结合液滴微流控高通量、高尺寸均一性的优点，又兼具材料低粘度、高光聚合效率和高生物相容性的优势，能够用于高质量生产生物相容性微凝胶颗粒，制备过程也具有生物相容性，能够满足在线包封活性物质、生物分子和细胞的需求。
[0008]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将具有温度敏感性的明胶与具有可供光固化双键的丙烯酸酐结合，形成丙烯酸酐化明胶(GelA)；
[0011](2)将丙烯酸酐化明胶和可见光光引发剂在溶剂中溶解，得到分散相溶液；以分散相溶液为100％计算，按照质量百分比计量，丙烯酸酐化明胶的加入量为3
‑
20wt.％；搭建恒温装置，并利用液滴微流控方法，使分散相溶液形成均匀的丙烯酸酐化明胶液滴；
[0012](3)在收集管道上用可见光在线固化丙烯酸酐化明胶微液滴，制备丙烯酸酐化明胶凝胶微球，作为微凝胶，用于生物活性物质的包覆。
[0013]优选地，在所述步骤(1)中，丙烯酸酐在明胶上取代氨基的比例为10
‑
99％。
[0014]优选地，在所述步骤(2)中，所制备的基于丙烯酰化明胶的微凝胶的结构式为：
[0015][0016]优选地，在所述步骤(2)中，制备分散相溶液时，将丙烯酸酐化明胶和可见光引发剂溶解于纯水、PBS、TBE、细胞培养液中至少一种溶液中，得到分散相溶液；然后利用液滴微流控制备尺寸均匀、可控的丙烯酸酐化明胶液滴。
[0017]优选地，在所述步骤(2)中，利用液滴微流控方法时，对进入芯片的水相溶液以及形成液滴的芯片温度进行控制，保证凝胶前驱体处于可流动状态。
[0018]优选地，在所述步骤(2)中，利用液滴微流控方法时，通过调节水相流速以及油相流速，以及芯片结构以及芯片尺寸，可得到不同尺寸的微凝胶，微凝胶尺寸范围在10
‑
1000μm；
[0019]优选地，在所述步骤(2)中，所使用的光引发剂加入量的质量百分比浓度为0.01
‑
0.5％。
[0020]优选地，在所述步骤(2)中，利用液滴微流控方法时，所使用的恒温装置控制温度为35
‑
40℃，温度区域覆盖范围从水相入口到形成液滴的芯片位置。
[0021]优选地，在所述步骤(3)中，通过调节可见光光照距离、光源强度和GelA浓度以及光引发剂浓度，形成不同力学强度的凝胶微球。
[0022]优选地，在所述步骤(3)中，用可见光在线固化丙烯酸酐化明胶微液滴时采用的光源为蓝光。
[0023]优选地，在所述步骤(3)中，在微流控管道上方放置一个蓝光光源，距离GelA微液
滴0.5
‑
3cm，连续光照固化GelA微液滴。
[0024]本专利技术可见光光源能够将对应的光引发剂引发，一定光强下能够将微液滴实时在线固化，光源温度保持在生物活性物质能够允许的范围内。
[0025]本专利技术基于丙烯酰化明胶的微凝胶颗粒，采取了两种策略来提高液滴微流控生产质量和可控性。首先，从材料的角度，采用丙烯酰化明胶(GelA)替代传统的GelMA，改善其流变性能，同时提高光聚合效率，通过改变光聚合条件或预聚体的性质，可以在很大范围内调节GelA微凝胶颗粒的力学性能。其次，可见光光聚合取代传统的紫外光聚合，使其安全性更高，生物相容性更好。将含有丙烯酸酐化明胶和光引发剂的水溶液作为水相，利用液滴微流控技术形成均匀的液滴，在收集管道上用可见光在线固化GelA微液滴，制备具有良好生物相容性的GelA微凝胶颗粒。将生物活性物质如生物分子或细胞加入含有丙烯酸酐化明胶和光引发剂的水溶液作为水相，采用相同的步骤，可制备包裹有活性物质的GelA微凝胶。
[0026]优选地，一种在线固化Ge本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于丙烯酰化明胶的微凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将具有温度敏感性的明胶与具有可供光固化双键的丙烯酸酐结合，形成丙烯酸酐化明胶(GelA)；(2)将丙烯酸酐化明胶和可见光光引发剂在溶剂中溶解，得到分散相溶液；以分散相溶液为100％计算，按照质量百分比计量，丙烯酸酐化明胶的加入量为3
‑
20wt.％；搭建恒温装置，并利用液滴微流控方法，使分散相溶液形成均匀的丙烯酸酐化明胶液滴；(3)在收集管道上用可见光在线固化丙烯酸酐化明胶微液滴，制备丙烯酸酐化明胶凝胶微球，作为微凝胶，用于生物活性物质的包覆。2.根据权利要求1所述的基于丙烯酰化明胶的微凝胶的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，丙烯酸酐在明胶上取代氨基的比例为10
‑
99％。3.根据权利要求1所述的基于丙烯酰化明胶的微凝胶的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所制备的基于丙烯酰化明胶的微凝胶的结构式为：4.根据权利要求1所述的基于丙烯酰化明胶的微凝胶的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，制备分散相溶液时，将丙烯酸酐化明胶和可见光引发剂溶解于纯水、PBS、TBE、细胞培养液中至少一种溶液中，得到分散相溶液；然后利用液滴微流控制备尺寸均匀、可控的丙烯酸酐化明胶液滴。5.根据权利要求1所述的基于丙烯酰化明胶的微凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阿方，刘畅，唐涛，李文，徐碧漪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：