[发明专利]一种高通量生物材料筛选双向梯度水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高通量生物材料筛选双向梯度水凝胶及其制备方法，该水凝胶主要组成为：生物相容性良好的主体材料、以及两种在材料主体中沿不同方向呈梯度分布的功能材料构成。采用这种双向梯度水凝胶可同时研究两种成分的变化对细胞铺展、增殖和表型的影响，进而高效地筛选出具有特定功能的材料学变量。

技术领域

本发明属于生物材料筛选技术领域，涉及一种具有双向梯度可同时研究多因素对细胞行为影响的高通量生物材料筛选水凝胶，具体涉及该水凝胶的主要组成及制备方法。

背景技术

细胞诱导性材料具有复杂的组成结构、诱导机制和服役环境，是典型的多因素、多功能材料体系，传统的经验试错研发模式难以满足研发需求。

材料的高通量制备技术是近年来新材料研发领域重点关注的高效率、低成本筛选优化材料体系的先进技术。其在生物材料中的应用正处在起步阶段，在体系复杂、影响因素众多的生物材料研究中显示出独特优势。针对生物材料体系变量多、服役环境复杂以及材料生物相容性等特性，设计高通量生物材料筛选系统及表征手段、发展可进行多变量或多组分调控的细胞或组织诱导性材料的高通量制备方法、用较少的步骤和工作量制备较多的不同组分和结构的材料样品、覆盖较宽的材料参量空间，有利于建立和完善生物材料基因组、加速生物材料的研发进程。

梯度材料具有连续的梯度变化的特性和功能。我们只需要设置梯度材料的起点和终点，就可以在连续的梯度范围内检测材料的某些特性对细胞行为的影响。传统梯度材料只在某一方向上具有连续变化梯度，因而只能研究某一个变化因素对细胞行为的影响，研究能力和通量受限，不能满足生物材料高通量筛选技术的需求。

发明内容

本发明的目的是研制一种用于生物材料高通量筛选的双向梯度水凝胶。该水凝胶可用于同时研究两种材料或参数对细胞行为的影响及协同作用。

一种高通量生物材料筛选双向梯度水凝胶，该双向梯度水凝胶由生物相容性材料主体、以及两种在材料主体内沿不同方向呈梯度分布的功能材料构成。该水凝胶经两步反应制备形成，第一步采用梯度溶液法，将接枝双键的主体材料和接枝双键的功能材料制备成梯度溶液，进行紫外光引发交联形成具有单方向浓度梯度的水凝胶。第二步采用光梯度掩模板法制备，将上述单方向浓度梯度水凝胶浸没入含巯基的功能材料中，上覆光梯度掩模板使其梯度方向与上述单方向浓度梯度方向垂直，紫外光照射引发反应，洗去多余材料，制得所述的双向梯度水凝胶。

上述的梯度溶液包含以下组分(以质量分数计算)：接枝双键的主体材料5％～20％，接枝双键的功能材料0.5％～10％，光引发剂0.001％～0.1％；含巯基功能材料溶液中含巯基功能材料的质量分数为0.1％～50％。

上述的接枝双键的主体材料，为通过化学反应接枝双键的生物相容性材料或自身结构含有双键的生物相容性材料。采用的生物相容性材料包含多糖、多肽、蛋白质、聚氨基酸等生物高分子材料，如透明质酸、明胶、胶原、壳聚糖、葡聚糖、羧甲基纤维素等材料及其衍生物，也包含亲水性的合成高分子材料，如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯亚胺等均聚物和共聚物。

上述的接枝双键的功能材料指可以对细胞行为如黏附、迁移、增殖、凋亡、分泌、分化等行为产生影响的材料，如蛋白质、多肽、细胞因子、多糖、聚电解质等材料。

上述的溶液梯度法，指通过某些方法混合两种及以上的物质，使得到的溶液中至少一种物质的浓度沿某一方向呈梯度分布，然后通过加热，辐射，光照等手段使该溶液固化而使这一浓度梯度固定下来的方法。

上述的光梯度掩模板法，指具有光反应活性的体系，通过沿某一方向具有透光率梯度的掩模板(即光梯度掩膜板)，在光照下获得具有光强度梯度的光照环境，从而获得反应程度或反应强度梯度，得到梯度材料的方法。

本发明的有益效果在于：