[发明专利]一种动态可调曲率复合水凝胶基底的制备方法及其应用

说明书

本公开提供了一种动态可调曲率复合水凝胶基底的制备方法及其在细胞刺激中的应用。该方法采用逐步聚合法制备复合水凝胶基底，包括：使用柱状透镜模板倒模制备具有半圆状条纹结构的聚二甲基硅氧烷负刻模具；使用该聚二甲基硅氧烷负刻模具制备第一层聚丙烯酰胺水凝胶层状基底；使用掺杂纳米金的N‑异丙基丙烯酰胺聚合液在第一层聚丙烯酰胺水凝胶层状基底的表面聚合形成第二层聚N‑异丙基丙烯酰胺温敏水凝胶，得到PNIPAM‑NPG/PA复合水凝胶基底。该复合水凝胶在808nm红外激光照射下，可实现曲率的动态可逆调控。该制备方法简单，生产过程温和，经济成本较低，为细胞迁移、细胞极化等细胞行为的力学调控机制研究提供了新的思路。

技术领域

本公开涉及水凝胶及生物材料技术领域，尤其涉及一种动态可调曲率复合水凝胶基底的制备方法及该复合水凝胶基底在细胞刺激中的应用。

背景技术

细胞周围微环境中细胞-基质相互作用、细胞-细胞接触、各种物理场(机械力、热、电场等)等力学信号是影响细胞功能和命运的关键因素。细胞微环境是一个多因素组成的、时空可变的复杂集合。微环境中胞外基质的物理结构、力学性质等也都呈现出非常复杂的时空动态变化特征。为了在体外更好的模拟细胞外基质(ECM)中力学信号机制对细胞行为(如细胞黏附、迁移、极化和分化等)的影响，研究者设计开发了多种受温度、pH、光等影响的刺激响应性材料，并将其用于模拟体内动态变化微环境，进一步探索力学信号对细胞功能的影响机制。

但是，目前的刺激响应性材料的变化多为不可逆或均一变形，因此，有必要在体外设计开发具有各向异性及动态变形的刺激响应材料，更准确的模拟体内动态变化的细胞微环境。

水凝胶因其具有优越的生物相容性，且可通过引入一些基团获得感知pH、电化学、磁场、光、温度等刺激响应性。聚-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)是一种典型的温度敏感性高分子聚合材料，因其较低的临界溶解温度(32～38℃)，且具有类似于细胞和一些智能生物系统的形状记忆和自我调节等功能，因此是再现动态微环境的理想凝胶材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开主要提供一种动态可调曲率复合水凝胶基底的制备方法及该复合水凝胶基底在细胞刺激中的应用，以实现PNIPAM-NPG/PA复合水凝胶基底的制备，并实现对细胞的可逆动态曲率力学刺激。

(二)技术方案

为达到上述目的，本公开提供了一种动态可调曲率复合水凝胶基底的制备方法，该方法采用逐步聚合法制备复合水凝胶基底，具体包括：

步骤S1：使用柱状透镜模板倒模制备具有半圆状条纹结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)负刻模具；

步骤S2：使用该聚二甲基硅氧烷负刻模具制备第一层聚丙烯酰胺(PA)水凝胶层状基底；

步骤S3：使用掺杂纳米金(NPG)的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合液在第一层聚丙烯酰胺水凝胶层状基底的表面聚合形成第二层聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)温敏水凝胶，得到PNIPAM-NPG/PA复合水凝胶基底。

上述方案中，步骤S1中所述使用柱状透镜模板倒模制备具有半圆状条纹结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)负刻模具，包括：

分别使用预聚物A液和固化剂B液以10∶1的体积比混合配置聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚液，使用混胶机混匀后滴加在经等离子处理的盖玻片和柱状透镜模板之间，抽真空除去气泡；

在盖玻片表面覆以200-400g的重物，放入烘干箱加热固化后，浸入无水乙醇中将PDMS与柱状透镜模板剥离，获得具有半圆状条纹结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)负刻模具。

上述方案中，所述柱状透镜模板为含有波长为170μm和340μm的底层周期性柱状阵列结构，所述烘干箱的加热温度为65-85℃，加热时间为2-10小时。