[发明专利]烷氧醚树形聚合物/明胶复合冷冻凝胶、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种烷氧醚树形聚合物/明胶复合冷冻凝胶、其制备方法及其应。本发明利用经过甲基丙烯酸酐改性后的明胶和具有优异温度敏感行为的烷氧醚树枝化基元作为原材料，利用氧化还原反应，通过单向冷冻的方法制备了具有适中的力学性能、定向的多孔结构、温度响应型的一系列智能水凝胶，通过调控不同组分的比例和制冷速率实现了凝胶孔径和力学性能的可调。该方法工艺简单、安全有效、不采用有机溶液。通过细胞培养，结果显示该凝胶对细胞具有良好的黏附性能，细胞具有较高的存活率，且细胞的生长形态受凝胶孔径和形貌所控制。本发明所得的水凝胶可应用细胞基质的模拟，也可以应用与其它组织工程以及药物控释领域。

技术领略

本发明属于生物材料制造领域，涉及一种烷氧醚树形聚合物/明胶复合冷冻凝胶、其制备方法及其应用。属于高分子水凝胶材料领域，也属于生物医药中的组织工程领域。

背景技术

组织工程目的在于利用生命科学的原理和技术构建生物组织或支持组织和器官构建从而提高其功能。基质在组织工程中起到至关重要的作用，主要用于维持和促进细胞或组织的生长。理想的组织工程基质应该具有以下特征：无毒、生物相容性好、具有适合的机械性能并且降解之后不会对周围的组织和器官产生危害。多孔结构的基质由于其有利于细胞的种植、生长、分化、同时能够向细胞及时提供养分及排泄废物等优异特点，近年来得到众多关注。水凝胶是一类具有良好生物相容性的多孔基质材料，含有超过90％的水分，且具有与人体组织类似的机械性能，因此广泛用作细胞培养基质。水凝胶的制备方法有多种，其中采用低温冷冻条件下，以冰晶作为模版制备得到的冷冻凝胶(cryogel)具有连续贯穿的较大孔洞结构，可以使得传质效应加强，是作为一种模拟生物组织和细胞基质的优良选择，在细胞培养方面具有独特的优势。

明胶是一种成本低、来源广泛、生物相容性好、可降解、含有促进细胞黏附基团的一种天然高分子材料，这些优良的特性使得其广泛应用于组织工程和药物载体等研究中。但是天然明胶的机械性能不易调控、稳定性比较差且容易被生物体降解，通过化学键的交联或者改性增强其力学性能，比如加入戊二醛、二异氰酸盐，碳化二亚胺等交联剂可以增强其稳定性。戊二醛是使用最广泛的，但是其存在一定的生物毒性，限制了其在生物医药方面的应用。利用甲基丙烯酸酐改性明胶是一种比较绿色安全的方法，可利用光引发聚合或氧化还原反应聚合，可制备成可注射凝胶、多孔材料，薄膜、微球等应用于药物释放、组织工程、伤口敷料等领域中，但仍存在机械性能不易调控，且在生物体内不稳定降解速度快的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种力学性能可调控、具有多孔结构且大小和形貌可调、具有温敏响应特性、生物相容性良好的水凝胶材料，能够促进细胞黏附、生长和诱导细胞定向分化。

本发明的目的之二在于提供该水凝胶材料的制备方法，该方法将明胶与甲基丙烯酸酐反应引入丙烯酸类官能团，与带有相同官能团的烷氧醚树枝化基元在冷冻温度控制的条件下，利用氧化还原反应制备定向多孔的水凝胶。制得的水凝胶能够作为细胞基质用于细胞培养，选择的细胞是人骨髓间充质干细胞(hMSC)。

为达到上述目的，本发明采用如下反应机理示意如下：

1.明胶改性的反应式：

2.水凝胶的合成：

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：

一种烷氧醚树形聚合物/明胶复合冷冻凝胶,其特征在于该冷冻凝胶是利用甲基丙烯酸酐改性后的明胶和树型烷氧醚单体具有相同的丙烯酸官能团，以过硫酸铵为氧化剂，N,N-四甲基乙二胺为催化剂，通过自由基引发链增长的方式，通过单向冷冻的方法得到的具有定向多孔结构的温度响应型的水凝胶，其固含量为6％mg/ml，孔径大小在20～150微米，所述的树型烷氧醚单体和甲基丙烯酸酐改性后的明胶的单体质量比例为5～7：5～3；所述的烷氧醚树形聚合物的结构式为：