[发明专利]一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶及制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶及其制备方法，所述凝胶用于细胞支架，凝胶的制备步骤如下：配制预聚液；将预聚液灌入两块平行放置的玻璃片中，用365 nm紫外光照射使之聚合；过程中可用254 nm和365 nm紫外光对凝胶的力学性质进行调控，获得力学性质区域化分布的细胞支架。改性后的细胞支架的硬度及其分布会以颜色的方式显现出来，通过拍摄照片原位地读取支架上的硬度分布。该方法应用于多种细胞培养系统，实时的控制微环境的性质，原位引导其上细胞的行为。不打开芯片且不外加检测设备的情况下，通过颜色分析直接获取调控后的细胞支架的力学参数，及细胞行为和支架性质间的关系，具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种可用于器官芯片中微环境原位调控与传感的智能细胞支架及其制备方法，属于生物材料领域，具体涉及一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶及制备方法、应用。

背景技术

器官芯片，是一项通过细胞在体外芯片中进行三维培养，实现模拟人体器官功能的新兴技术。器官芯片在新药研发、疾病模型、个性化医疗和航天医学等领域具有广阔的应用前景。2016年，器官芯片被达沃斯世界经济论坛被列为“十大新兴技术”。药物研发最具挑战性的一个环节是如何测试药物的有效性和安全性。细胞和动物实验是目前药物研发和评估过程中广泛使用的两个实验平台，前者很难模拟人体微环境，后者则复杂、昂贵、耗时，并存在伦理上的争论。因此，经济、高效的动物或临床替代实验就显得十分必要。器官芯片就是近几年被提出的一种可用于药物评价的新的实验方法。

器官芯片是一个基于微流体芯片的三维细胞培养系统，主要由盖板、基板、流道和细胞培养区构成。细胞培养区由细胞，细胞微环境，检测系统及其他部分组成。其中微环境是其非常重要的组成部分，而微环境主要是由细胞支架材料和培养基组成。细胞支架可以模仿细胞外基质(ECM)，通过调节支架的功能可以控制细胞行为，在组织工程，再生医学，药物筛选和器官芯片等领域的应用成为关键要素。其中具有易于制造，高含水量和可变物理化学性质的优越特性的水凝胶被用来模仿ECM的性质引起了广泛关注。

目前器官芯片在调控和检测方面最主要的挑战在于，其组装完成后是一个封闭的体系，常规的检测手段无法透过封闭的盖板或者基板对芯片内部的微环境进行调控或检测。为了实现检测，需要在芯片上提前设计检测系统的接口，这一方面增加了芯片的复杂程度，另一方面用这种方式仍然很难检测微环境中各参数的空间分布。

发明内容

技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出可用于器官芯片中的具备原位调控与传感功能的智能细胞支架及其制备方法。该方法制备的智能细胞支架可以在封闭的芯片内通过光控调节其力学性质，使得芯片内的细胞培养区可以实时的产生各向异性的微环境，从而得到不同细胞形态。另外可以在不打开芯片且不外加检测设备的情况下，通过支架的颜色直接获取支架的力学性质以及细胞生长状态，使得细胞与支架的作用变得易于观察研究。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供了一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶及制备方法、应用。

本发明公开了一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶；所述凝胶通过颜色变化直观的得到其硬度分布。该凝胶可以通过颜色变化直观的得到其硬度分布，适用范围广，操作简单。所述的凝胶可以无需外加检测设备，直接通过颜色变化得到凝胶各个位置硬度分布。

本发明公开了一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶的应用，采用该凝胶用于细胞支架。支架可以实现对细胞生长环境的原位调控和传感。

本发明公开了一种光聚可颜色自反馈硬度分布的凝胶的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)配制凝胶预聚液；具体方法为：将丙烯酰胺(8-15wt％)、甲叉双丙烯酰胺(Bis)/聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA700)(0.08-0.45wt％)、光引发剂(2959)(0.08-0.45wt％)和单分散二氧化硅粒子(26-34vol％)等为原料，水为溶剂，超声混合均匀制成预聚液；