[发明专利]一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及生物材料技术领域，具体涉及一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架及其制备方法与应用。

背景技术

人工合成的三维支架根据细胞外基质成分、机械性能和几何特征模仿靶组织，促进体内细胞基质和细胞间的相互作用。它们备受追捧，因为相比于二维基底，在这些三维支架进行的细胞研究提供了细胞形态和功能相关的生理信息。然而，体内的细胞外基质主要以蛋白质为基础、高度多孔、高度有序、有微观结构特征。尽管三维打印、微流体方法和静电纺丝有最新进展，对纯蛋白质为基础、具有均匀孔隙连通性、合适机械性能、用于组织工程的三维支架，它仍然是一个挑战，由于反蛋白石结构支架有规则的孔隙大小和孔隙之间高度互连这些独特的结构特征，反蛋白石结构支架已被用于三维结构从光学到能量储存的各种应用，Kotov团队证明了倒胶状晶体(ICC)水凝胶呈现出反蛋白石结构，因为其细胞和细胞外基质有良好的相互作用，可能有助于三维细胞培养。倒置胶体晶体(ICC)支架是有希望的3D系统之一，拥有统一的孔，六角形排列和互连，且孔的尺寸是可控的，并且ICC结构具有良好的扩散性以输送营养物和氧。该结构通常由基材和牺牲胶体晶体制成。

大部分倒胶状晶体由不可生物降解的合成聚合物构成，如聚丙烯酰胺，聚(乙二醇)，聚(甲基丙烯酸甲酯)，限制了它们的生物医学应用。

现有已经报道了天然天然聚合物的一些ICC系统，例如藻酸盐，壳多糖，壳聚糖，包括它们的复合物。由于这些天然材料在水溶液中具有高粘度，因此在低于5％下制备基础材料溶液。另外，大多数系统使用离子或化学交联剂(氯化钙，京尼平等)进行交联，这需要更长的处理时间()，并且可能导致样品上的不均匀交联，导致具有低结构稳定性和低有序结构的ICC支架。

甲基丙烯酰胺明胶(GelMA)可以保持明胶的一些生物活性，例如细胞附着和酶降解，并且可以提供可定制的机械性能，其已经广泛用于许多生物应用。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷及不足。本发明提供了一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架及其制备方法与应用。

本发明采用的技术解决方案是：一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架，所述的明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架采用甲基丙烯酰胺明胶(GelMA)制成，所述的甲基丙烯酰胺明胶制成的明胶基倒胶状晶体水凝胶具有反蛋白石结构。

所述的明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架采用质量浓度为高于20w/v％甲基丙烯酰胺明胶制成。

所述的明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架采用甲基丙烯酰胺明胶取代度为52-98％。

所述的明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架采用取代度为52％或76％的甲基丙烯酰胺明胶的质量浓度为高于30w/v％，所述的明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架采用取代度为98％的甲基丙烯酰胺明胶的质量浓度为高于20w/v％。

一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备甲基丙烯酰胺明胶；

(2)制备明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架：将震荡两晚直径为138±2.0μm的聚苯乙烯珠在聚丙烯模具中的乙醇溶液中自组装，并在134℃下退火6小时获得晶格，将具有不同取代度的GelMA样品在50℃下在蒸馏水中溶解，通过在40℃下以15,000rpm离心10分钟，将含有1％I2959光引发剂的GelMA溶液浸泡到晶格中，GelMA渗透的晶格通过紫外光固化10分钟，然后在四氢呋喃中除去晶格，得到明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架。

所述的步骤(1)中甲基丙烯酰胺明胶的制备包括以下步骤：将A型明胶溶解在缓冲液中，调节pH值至9，随后将94％的甲基丙烯酸酐在500转/分的磁力搅拌下被添加到溶液中，反应进行3h，然后pH调整到7.4停止反应，经过滤、透析、冻干后的样品存放在-20℃待用。

所述的步骤(1)中A型明胶和甲基丙烯酸酐的加入量为每10gA型明胶加入1ml甲基丙烯酸酐。

所述的缓冲液为磷酸盐缓冲盐水和碳酸盐和碳酸氢盐缓冲液配制而成。

所述的缓冲液质量浓度为10-25w/v％。

一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架在用于制备组织工程材料上的应用。

一种明胶基倒胶状晶体水凝胶三维支架在用于作为药物筛选材料上的应用。