具有生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开具有生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶及其制备方法与应用。制备方法为将锂藻土分散于水中，搅拌得到均匀透明的分散液，再依次加入生物相容性海藻酸或海藻酸盐、N-异丙基丙烯酰胺单体，搅拌均匀后除氧加引发剂，将反应液装入反应模具中并密封，在15~25℃下通过原位自由基聚合反应得目标产物。所制备的水凝胶中NC凝胶交联网络提供了温度敏感性及高强高韧性，而半互穿的海藻酸或海藻酸盐提高了其生物相容性，因此，此类温度敏感性半互穿网络水凝胶在具有纳米复合水凝胶的高强高韧性的同时还具良好的有生物相容性。细胞可以在水凝胶表面粘附并增殖形成细胞片，降低凝胶所处环境温度则可实现细胞片的快速脱附。

Semi interpenetrating network nanocomposite hydrogel with biocompatibility and temperature sensitivity, preparation method and application thereof

The invention discloses a semi interpenetrating network nanocomposite hydrogel with biocompatibility and temperature sensitivity, a preparation method and an application thereof. The preparation method for the laponite dispersion in water, stirring to obtain dispersion is uniform and transparent, sequentially adding biocompatible alginate or alginate, N- isopropyl acrylamide monomer, stirring deaeration initiator, the reaction liquid into the reaction in the mould and sealed by in situ free radical polymerization reaction target the product at 15~25 DEG C. The prepared hydrogel NC gel crosslinking network provides temperature sensitivity and high strength and high toughness, and semi IPN alginate or alginate improves its biological compatibility, therefore, the temperature sensitivity of Gao Qianggao toughness of semi IPN hydrogels with nano composite hydrogel also has good biocompatibility. Cells can adhere to the surface of hydrogel and proliferate to form cell slices, and the environment temperature of the gel can be reduced, so that the cell membrane can be rapidly desorbed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物相容性和环境敏感的高分子材料领域，具体涉及一种既具有良好生物相容性又具有温敏性的半互穿纳米复合水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
聚合物水凝胶因其在食品和生物医学工程等领域的广泛应用，如食品添加剂、 药物控制释放和生物组织填充材料等等，受到人们的普遍关注和研究。其中，温度敏感型聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)水凝胶由于存在体积相转变温度而被广泛用于组织工程领域。由于PNIPAm大分子链上同时具有亲水性的基团和疏水性的基团，在温度高于32 V 时，分子链与水分子之间的氢键遭到破坏，疏水作用占优势，高分子链发生相转变产生体积收缩，水凝胶表面表现为疏水性，利于细胞的贴附和增殖；当温度低于32 °C时，分子链与水形成氢键，亲水作用占优势，高分子链伸展，水凝胶表面表现为亲水性，可使生长在其表面的细胞或细胞片快速自动脱附。此法避免了使用胰酶消化对细胞及细胞外基质造成的破坏，保持细胞和细胞外基质及其功能的完整性。通过自然脱附得到的细胞片可以直接用于组织工程的移植，避免使用其他载体或支架，对降低移植风险和提高移植成功率十分有利。然而，传统的温敏性水凝胶强度低韧性差，只能够用于对凝胶强度要求很低的领域；此外，传统温敏性水凝胶的生物相容性以及细胞或细胞片的自动脱附速率都亟待进一步提高。虽然有专利报道(中国专利CN101367947A，CN101328251A, CN1284811C, CN101177487C与CN100341484C)采用具有生物相容性的壳聚糖、葡聚糖、明胶、聚磷酸脂及魔芋葡甘聚糖等制备得到了生物相容性较高的水凝胶，但由于所得凝胶机械性能仍较差并且易碎而限制了其的应用。根据文献报道Adv. Mater. , 2002, 14:1120-1124)，Haraguchi 等将锂藻土 (Laponite)纳米粒子分散在水中，使异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体在Laponite分散液中原位自由基聚合，Laponite纳米颗粒起到多官能度交联剂的作用，从而得到了聚异丙基丙烯酰胺/Laponite 纳米复合水凝胶(PNIPAm/Laponite Nanocomposite Hydrogel，简称NC凝胶)。NC凝胶具有高强高韧的力学性能。另据文献报道(Biomacromocules，2006， 7:3267-327 ，此类高强高韧的NC凝胶可用于人体肝瘤细胞、人体真皮纤维原细胞以及人体脐静脉内皮细胞的培养及通过降温可实现细胞片的自动脱附。但迄今为止，仅有丙烯酰胺类单体能成功制备锂藻土纳米复合水凝胶，同时，NC凝胶表面细胞的粘附和增殖受锂藻土含量影响较大，只有在特定锂藻土含量时细胞才表现出快速增殖，因此其生物相容性受到较大限制。就生物相容性而言，海藻酸是从天然褐藻中提取的一种多糖，其无毒、无臭并且具有良好的生物相容性，原料丰富、易得且价格低廉。它不仅在食品、纺织、造纸、医药、化妆品等领域具有广泛应用，更重要的是它在药物控释、细胞移植和组织工程等领域都有着重要的用途。钙-海藻酸凝胶可用作组织工程的三维支架，增强细胞的聚集性，还可以有助于保持细胞的活性，被用作体内细胞传输的载体。因此，我们将海藻酸或海藻酸盐弓丨入到高强高韧的NC凝胶中，在保持NC凝胶良好的力学性能和温度敏感性的基础上，再通过引入线性高聚物海藻酸或海藻酸盐制备半互穿网络得到在较宽的锂藻土含量范围内都具有良好生物相容性的NC凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的和内容在于针对现有NC凝胶材料的缺陷和不足，提供具有生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶及其制备方法与应用。该凝胶既具有良好的力学性能和温敏性，又在较宽的锂藻土含量范围内具有良好生物相容性，通过降低环境温度还可以实现细胞或细胞片从用于细胞培养的该水凝胶表面上快速自动脱附。本专利技术所制备的具有良好生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶，是由异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体、锂藻土 Laponite和具有生物相容性的线性高分子海藻酸或海藻酸盐溶于水通过NIPAm单体原位自由基聚合反应制备而成。本专利技术的目的和内容还在于提供所述水凝胶的制备方法与细胞培养和细胞片的快速脱附。本专利技术的具体技术方案如下。具有生物相容性和温敏性的半互穿纳米复合水凝胶的制备方法，该方法将锂藻土分散于水中，搅拌得到均勻透明的分散液，加入海藻酸或海藻酸盐水溶液，再加入异丙基丙烯酰胺单体(NIPAm)，锂藻土的添加量为Λ/-异丙基丙烯酰胺单体质量的20% 95%，海藻酸或海藻酸盐的用量为异丙基丙烯酰胺单体质量的1% 10%，搅拌均勻后除氧加入质量为异丙基丙烯酰胺单体质量0. 1% 4%的引发剂，将反应液装入模具中并密封；然后将反应体系置于15 25 °C下反应即得到所述半互穿网络纳米复合水凝胶。上述的制备方法中，还将制备的所述复合水凝胶从模具中取出，放入到大量灭菌水中分别反复溶胀和去溶胀以除去未反应物质及其他杂质。上述的制备方法中，所述异丙基丙烯酰胺单体相对于整个反应体系的质量百分比浓度为5% 15%。上述的制备方法中，在加入海藻酸或海藻酸盐水溶液和OTPAm单体后分别搅使体系充分混合均勻。上述的制备方法中，制备过程均在无菌环境中完成，用水均为灭菌水。上述的制备方法中，所述锂藻土包括天然及人工合成锂藻土。所述锂藻土优选 Rockwood公司生产的Laponite系列两种溶胶型产品，其分子式分别为XLS 型 Na0. 66，Na4P2O7 改性；RDS型:Na+0.7_0.7，Na4P2O7改性。所述引发剂为氧化还原引发体系，包括但不限于过硫酸钾和四甲基乙二胺。本专利技术还提供上述半互穿纳米复合水凝胶的应用，即纯化后的所述复合水凝胶用于细胞培养和细胞片的快速脱附，包括如下步骤将纯化好的所述复合水凝胶切成小片，先放入细胞培养液中在37 ！的二氧化碳培养箱中预培养；在预培养好的水凝胶表面种植细胞并在37 °C的二氧化碳培养箱中培养； 待细胞铺满凝胶表面形成细胞片后，降低环境温度，即可使细胞片从水凝胶表面快速脱附。上述的应用中，所述细胞培养液包括但不限于DMEM培养基；用于细胞培养的细胞包括但不限于人宫颈癌细胞(HeLa)、人肺癌细胞(AM9)或人成纤维细胞(L929)。本专利技术的温敏性半互穿网络纳米复合水凝胶的制备方法包括以下步骤 本专利技术与现有材料和技术相比具有如下优点1、本专利技术制备方法简单，不需要特殊设备，常温常压下操作，反应简单可控，成本低，适于推广应用；2、本专利技术通过引入线性生物相容性高聚物制备半互穿网络纳米复合水凝胶，线性高聚物提高了该水凝胶的生物相容性，交联网络则提供了温度敏感性和高强高韧性，因此，该水凝胶即具有纳米复合水凝胶的温度敏感性和高强高韧性，又在较宽的锂藻土含量范围内具有良好生物相容性；3、本专利技术通过引入生物相容性线性高聚物，提高了纳米复合水凝胶的生物相容性，更利于细胞在水凝胶表面的粘附和增殖为细胞片；通过降低培养液的温度又能实现细胞片的快速自动脱附，避免了胰酶消化对细胞片造成的损害，更加拓宽了其在组织工程领域的应用；4、本专利技术所制备的半互穿纳米复合水凝胶的生物相容性和力学性能均可以通过改变聚合反应体系各组分和锂藻土的用量来进行调节优化，以满足不同使用情况下的需求。具体实施例方式下面结合实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．具有生物相容性和温敏性的半互穿纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于将锂藻土分散于水中，搅拌得到均匀透明的分散液，加入海藻酸或海藻酸盐水溶液，再加入Ｎ－异丙基丙烯酰胺单体，锂藻土的添加量为Ｎ－异丙基丙烯酰胺单体质量的２０％　～　９５％，海藻酸或海藻酸盐的用量为Ｎ－异丙基丙烯酰胺单体质量的１％　～　１０％，搅拌均匀后除氧加入质量为Ｎ－异丙基丙烯酰胺单体质量０．１％　～　４％的引发剂，将反应液装入模具中并密封；然后将反应体系置于１５　～　２５　℃下反应即得到所述半互穿网络纳米复合水凝胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：童真，王涛，刘丹，刘新星，王朝阳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81