一种基于植物细胞的活体功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于植物细胞的活体功能材料，所述的活体功能材料由两部分组成，第一部分是作为活性单元的植物细胞，第二部分是尺寸在500纳米到1000纳米的颗粒水凝胶；植物细胞通过在颗粒水凝胶的生长构建活体功能材料。本发明专利技术利用植物细胞在颗粒凝胶中生长特性，基于颗粒凝胶提供植物细胞生长的场所，并利用颗粒凝胶的生物相容性和可注射性，对其进行生物打印赋型，采用本发明专利技术，可以实现植物细胞的三维培养，同时可以通过颗粒凝胶为载体增大细胞与培养基的接触面积，促进营养物质交换，实现植物细胞活体功能材料构建，在生物催化、生物传感、环境修复等方面具有潜在的用途。环境修复等方面具有潜在的用途。环境修复等方面具有潜在的用途。

【技术实现步骤摘要】
一种基于植物细胞的活体功能材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于活体功能材料领域，具体涉及一种基于植物细胞的活体功能材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]活体功能材料融合了活性和非活性成分，其目标在于以直接利用生命体本身的方式使材料表现出生命元素特有的特征和功能。一方面，活细胞具有合成功能分子、响应动态环境等人工材料无法比拟的能力；另一方面，人工材料在理化性质的设计及加工制造方法上的多样性日趋成熟。因此，将生命成分与非生命成分直接耦合，将会为下一代复合材料的设计构建及应用打开新的大门，实现材料“取之于体，用之于体”的目标。
[0003]目前涉及的活体功能材料的性能多依赖于微生物原有或将其经过工程改造来驱动材料在生物医学、生物技术、活体设备制造、生物修复方面的应用。虽然微生物的功能具有多样性和可调性的优势，但活体功能材料可用的生命元素远不受限于微生物。相对于传统的活体功能材料，以植物细胞为功能的主要承载者，最大的优势在于其不仅具有其他生命体系不具备的复杂功能(如光合作用)，还在展示良好生命特征的基础上，对材料的属性所有增益，使活体功能材料不局限于生物医学、生物技术、生物修复上的应用，更促进活体功能材料在生态系统恢复、生物能源生成方面的应用发展。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于植物细胞的活体功能材料及其制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术提供的一种基于植物细胞的活体功能材料由两部分组成，第一部分是作为活性单元的植物细胞，第二部分是颗粒水凝胶；所述的植物细胞为由细胞壁、原生质组成的植物细胞或去除细胞壁的原生质体；所述的颗粒水凝胶为尺寸在500纳米到1000纳米的水凝胶微球；植物细胞通过在颗粒水凝胶的生长构建活体功能材料。所述颗粒凝胶可以作为植物细胞生长的微型载体，该微载体可以有效提升单位空间的细胞扩增数量，微载体的生物相容性为细胞提供生长的良好微环境，同时微载体的结构为植物细胞的增殖提供了更大的培养面积。
[0006]进一步的，所述的植物细胞为拟南芥原生质体、烟草原生质体、菠菜原生质体、烟草BY
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2细胞系、水稻原生质体中的一种或多种。更进一步的，所述的植物细胞为经过基因改造的拟南芥原生质体、烟草原生质体、菠菜原生质体、烟草BY
‑
2细胞系、水稻原生质体中的一种或多种。
[0007]进一步的，所述的颗粒水凝胶是处于阻塞状态的水凝胶颗粒几何体，此时水凝胶颗粒堆积密度在0.40
‑
0.74左右，因为缺乏热运动和存在摩擦力，水凝胶颗粒从“类液体”转变为“类固体”，形成颗粒状水凝胶支架。颗粒水凝胶具有剪切稀化的功能，并且植物细胞的掺入并不从本质上影响其可注射特性。在剪切应变增加过程中，储能模量逐渐下降，颗粒水
凝胶的粘度值降低，表现出剪切稀化性能。即当储能模量小于损耗模量时，在外力作用下，该凝胶颗粒变成流体样材料，表现出良好的注射性能。用生物打印的方法实现植物细胞活体功能材料的在形状上可控、在不同的功能中可调。可以通过逐层沉积的方法，打印出所需的圆形、正方形等有规则或无规则的形状；功能可调是指可以利用不同植物细胞的功能特性，在颗粒水凝胶提供的稳定适宜的环境下，植物细胞活体功能材料具有生物传感、化学生产等可以调节的功能。
[0008]所述的基于植物细胞的活体功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009](1)植物细胞的制备；
[0010](2)植物细胞的收集、培养、计数；
[0011](3)将具有生物相容性的高分子聚合物制备成无菌的颗粒水凝胶；所述的具有生物相容性的高分子聚合物材料为丙稀酰胺明胶、甲基丙烯酰胺明胶、巯基化明胶、海藻酸钠、巯基化海藻酸钠、双键海藻酸钠、巯基化透明质酸中的一种或多种；
[0012](4)将步骤(2)培养的植物细胞与步骤(3)得到的颗粒水凝胶组成基于植物细胞的活体功能材料。植物细胞与颗粒水凝胶通过混合挤出打印或者植物细胞负载于水凝胶构成的支架上形成基于植物细胞的活体功能材料。
[0013]所述植物细胞培养方式包括但不限于：悬浮细胞培养、固体平板培养、液体浅层培养、液体悬滴培养、固液双层培养几类。根据不同的植物细胞采用对应的培养基培养，原生质体多用KM5P、KM5、B5P培养基，培养温度在22
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25℃，培养密度为5
×
103～5
×
105/ml。烟草BY
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2细胞系多用MS培养基，培养温度在25℃左右，避光培养。
[0014]所述的具有生物相容性的高分子聚合物材料具体包括但不限于：丙稀酰胺明胶、甲基丙烯酰胺明胶、巯基化明胶、海藻酸钠、巯基化海藻酸钠、双键海藻酸钠、巯基化透明质酸等的一种或多种；
[0015]所述的制备颗粒水凝胶的方法包括但不限于：利用微流控法、电流动力喷涂法、机械破碎法等方式制备颗粒水凝胶。颗粒水凝胶形状为球形或正方体形。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：(1)本专利技术中，制备的基于植物细胞的活体功能材料性能稳定，一方面植物细胞赋予材料新的功能拓展了活体功能材料的应用方面，另一方面颗粒凝胶保护并提高了植物细胞的活性，阻挡了细菌对植物细胞的侵害，有效提升单位空间的细胞扩增数量。(2)本专利技术中，所制备的活体功能材料，具有剪切稀化性能和自愈合性能，且可以与环境响应，拓展其应用范围，有望用于药物、蛋白质传递等生物医学领域。(3)利用颗粒凝胶的可注射特性，采用生物打印构建形状可控、功能可调的植物细胞活体功能材料；在一定条件下，利用植物细胞的全能性，融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体，发展其在农业领域的应用；可以利用植物细胞作为重组蛋白的表达宿主，生产治疗性重组蛋白，用于重组蛋白活性药物成分的商业生产；利用植物细胞叶绿体的光合作用，将二氧化碳转化为有机物，在供给其他生物营养的同时，也在自然界的物质循环中起到调节作用，发展其在环境方面的应用。
附图说明
[0017]图1为基于植物细胞的活体功能材料的制备过程示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例1制备的基于植物细胞活体功能材料的实物图；
[0019]图3为基于植物细胞活体功能材料的生长示意图；
[0020]图4为基于植物细胞的活体功能材料的荧光染色图；
[0021]图5为实验案例5用基于植物细胞的活体功能材料耦合小球藻生长的实物图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]实施例1用烟草BY
‑
2悬浮细胞系和颗粒水凝胶构建活体功能材料
[0024](1)制备生物材料生长培养基：MS培养基外加0.01％肌醇、0.02％磷酸二氢钾、3％蔗糖、0.2ml 2,4
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D(1mg/ml)、1ml VB1(1mg/ml)、0.00002％甘氨酸，用NaOH调节PH至5.8。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于植物细胞的活体功能材料，其特征在于，所述的活体功能材料由两部分组成，第一部分是作为活性单元的植物细胞，第二部分是颗粒水凝胶；所述的植物细胞为由细胞壁、原生质组成的植物细胞或去除细胞壁的原生质体；所述的颗粒水凝胶为尺寸在500纳米到1000纳米的水凝胶微球；植物细胞通过在颗粒水凝胶的生长构建活体功能材料。2.根据权利要求1所述的基于植物细胞的活体功能材料，其特征在于，所述的植物细胞为拟南芥原生质体、烟草原生质体、菠菜原生质体、烟草BY
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2细胞系、水稻原生质体中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的基于植物细胞的活体功能材料，其特征在于，所述的植物细胞为经过基因改造的拟南芥原生质体、烟草原生质体、菠菜原生质体、烟草BY
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2细胞系、水稻原生质体中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于植物细胞的活体功能材料，其特征在于，所述的颗粒水凝胶是处于阻塞状态的水凝胶颗粒几何体。5.根据权利要求1
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4任一项所述的基于植物细胞的活体功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)植物细胞的制备；(2)植物细胞的收集、培养、计数；(3)将具有生物相容性的高分子聚合物制备成无菌的颗粒水凝胶；所述的具有生物相容性的高分子聚合物材料为丙稀酰胺明胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：余子夷，王渝捷，张静，孙紫彤，邸正傲，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：