基于生物正交反应的可快速固化水凝胶、其制法与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶、其制法与应用。所述制备方法包括：将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇上，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇；将半胱氨酸修饰到四臂聚乙二醇上，获得半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇；将所述苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇与半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇混合均匀反应，获得所述可快速固化水凝胶。本发明专利技术通过将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇，制备可水溶的且修饰有苯并噻唑的四臂聚乙二醇，从而实现了快速固化成水凝胶，其与干细胞共混成胶，也可成胶后植入干细胞。本发明专利技术的水凝胶固化时间短、生物相容性好、毒性低、可给细胞提供三维生存环境，提高干细胞在三维支架上的粘附和增殖，并且实现成肝分化。

【技术实现步骤摘要】
基于生物正交反应的可快速固化水凝胶、其制法与应用
本专利技术涉及一种基于苯并噻唑与半胱氨酸间生物正交反应的水凝胶，具体涉及一种三维培养干细胞和分化用的基于苯并噻唑与半胱氨酸间生物正交反应成型的可快速固化水凝胶及其制备方法与应用，属于组织工程材料制备

技术介绍
随着科学技术的发展，组织工程已成为修复损伤组织的一种重要手段。相较于其他组织修复技术，利用干细胞的再生功能使其增殖，诱导其朝特定的方向分化。尤其利用三维材料为载体为干细胞提供立体生存环境，在组织工程修复器官方面有诸多优势。目前常用组织工程中细胞与材料的结合方法包括：细胞接种于材料上和细胞与材料共混成水凝胶，其中细胞与材料共混有利于细胞的生长，尤其是在细胞迁移、粘附、增殖与立体结构方面有诸多优势；此外通过控制共混水凝胶的形状可以提高组织修复的精确度和准确度。但为了确保细胞的活性通常需要寻找具有较高生物相容性的材料。组织工程中与细胞共混水凝胶的常用的材料包括壳聚糖、聚乙酸、聚乳酸、聚己内酯、透明质酸、海藻酸盐等，利用高分子具有较多的活性官能团，可以将其进行化学修饰，从而用不同的方法成水凝胶；通过改变水凝胶的特性，例如加入细胞外基质于水凝胶，可能会增加细胞的黏附和趋化宿主细胞的迁移，同时也可能会增加种子细胞的分化能力；但多数人工合成高分子材料生物相容性低，降解不彻底，因此，寻找生物相容性好以及可降解的材料作为三维培养细胞的载体尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于苯并噻唑与半胱氨酸间生物正交反应成型的可快速固化水凝胶及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一个目的在于提供所述可快速固化水凝胶的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶，其包括聚合物基质和水，所述聚合物基质由结构如式(1)所示的聚合物形成：其中，n的取值为50～130，m的取值为50～130。本专利技术实施例还提供了一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的制备方法，其包括：将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇上，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇；将半胱氨酸修饰到四臂聚乙二醇上，获得半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇；将所述苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇与半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇混合均匀反应，获得基于生物正交反应的可快速固化水凝胶。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶。本专利技术实施例还提供了前述的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶于细胞培养领域中的用途。本专利技术实施例还提供了前述的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶于组织工程领域中的用途。本专利技术实施例还提供了一种三维培养细胞载体，其包含前述的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶。本专利技术实施例还提供了一种细胞培养方法，其包括：以前述的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶作为三维培养细胞载体进行干细胞的培养，并促使所述干细胞进行增殖和分化。较之现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的基于苯并噻唑与半胱氨酸间生物正交反应成型的可快速固化水凝胶的制备方法，通过将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇后，制备可水溶的且修饰有苯并噻唑的四臂聚乙二醇，从而实现了快速固化水凝胶的形成；2)本专利技术提供了一种基于生物正交反应制备水凝胶三维支架的方法，并实现与细胞共混凝胶化，生物正交反应是一类在活体细胞或组织中不干扰生物体自身性质下可以进行的化学反应，具有优异的生物相容性，毒性低，可以提供三维环境以提高干细胞的增殖与分化；同时制备方法简单，可大量制备；3)本专利技术所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的固化时间短、生物相容性好、毒性低、可给细胞提供三维生存环境，提高干细胞在三维支架上的粘附和增殖，并将其应用于干细胞的增殖与成骨分化研究。附图说明图1是本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的制备机理示意图。图2是本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的外观图和微观结构图。图3是本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶流变图。图4是干细胞在本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶中死活染色共聚焦图。图5是干细胞在本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶中的增殖图。图6a和图6b分别是干细胞在本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶中成肝分化白蛋白及尿素分泌示意图。图7a、图7b、图7c、图7d和图7e是干细胞在本专利技术一典型实施例中所获基于生物正交反应的可快速固化水凝胶中成肝分化特异性基因ALB、AFP、CK18、CK19和HNF-4α的表达示意图。具体实施方式针对现有技术的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互结合，从而构成新的或者优选的技术方方案。限于篇幅，在此不再一一累述。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶，其包括聚合物基质和水，所述聚合物基质由结构如式(1)所示的聚合物形成：其中，n的取值为50～130，m的取值为50～130。其中，至少一个苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇的苯并噻唑与半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇的半胱氨酸交联。作为优选方案之一，所述基于生物正交反应的可快速固化水凝胶具有多孔结构，其中所含孔洞的孔径为100～300μm，所述水凝胶的机械强度为1.7～1.9kPa。进一步地，所述水凝胶中水的含量为70～90wt％。作为本专利技术技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的制备方法，其包括：将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇上，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇；使半胱氨酸修饰到四臂聚乙二醇上，获得半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇；将所述苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇与半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇混合均匀反应，获得基于生物正交反应的可快速固化水凝胶。在一些实施例中，所述制备方法包括：将苯并噻唑与四臂聚乙二醇混合均匀，并于15～30℃反应10～20h，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇。在一些更为具体的实施例中，所述制备方法具体包括：使包含四臂聚乙二醇、缩合剂和第一溶剂的第一混合体系于0～8℃反应10～30min活化羧基，之后加入苯并噻唑，混合均匀形成第二混合体系，之后使所述第二混合体系于15～30℃反应10～20h，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇。作为优选方案之一，所述缩合剂与四臂聚乙二醇的摩尔比为1～3：1。进一步地，所述缩合剂包括二环己基碳二亚胺、苯并三氮唑-1-基氧基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶，其包括聚合物基质和水，其特征在于，所述聚合物基质由结构如式(1)所示的聚合物形成：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶，其包括聚合物基质和水，其特征在于，所述聚合物基质由结构如式(1)所示的聚合物形成：



其中，n的取值为50～130，m的取值为50～130。


2.根据权利要求1所述的基于生物正交反应的可快速固化水凝胶，其特征在于：所述水凝胶具有多孔结构，其中所含孔洞的孔径为100～300μm；优选的，所述水凝胶的机械强度为1.7～1.9kPa；和/或，所述水凝胶中水的含量为70～90wt％。


3.一种基于生物正交反应的可快速固化水凝胶的制备方法，其特征在于包括：
将苯并噻唑修饰到四臂聚乙二醇上，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇；
将半胱氨酸修饰到四臂聚乙二醇上，获得半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇；
将所述苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇与半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇混合均匀反应，获得基于生物正交反应的可快速固化水凝胶。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：将苯并噻唑与四臂聚乙二醇混合均匀，并于15～30℃反应10～20h，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于具体包括：使包含四臂聚乙二醇、缩合剂和第一溶剂的第一混合体系于0～8℃反应10～30min，之后加入苯并噻唑，混合均匀形成第二混合体系，之后使所述第二混合体系于15～30℃反应10～20h，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述苯并噻唑与四臂聚乙二醇的摩尔比为1～3：1。


7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于还包括：在所述第二混合体系的反应结束后，将所获反应混合物加入不良溶剂中，并收集沉淀、提纯，之后冷冻干燥，获得苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇。


8.根据权利要求3-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述苯并噻唑修饰的四臂聚乙二醇的结构式如式(2)所示：



其中，n的取值为50～130。


9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于具体包括：使包含有第二溶剂、氨基巯基被保护的半胱氨酸和缩合剂的第三混合体系于0～8℃反应10～30min，再加入四臂聚乙二醇，混合均匀形成第四混合体系，之后使所述第四混合体系于15～30℃反应10～20h，获得氨基巯基被保护的半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇。


10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述四臂聚乙二醇与半胱氨酸的摩尔比为1：1～3。


11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于还包括：在所述第四混合体系的反应结束后，将所获反应混合物加入不良溶剂中，并收集沉淀、提纯，之后冷冻干燥，获得氨基巯基被保护的半胱氨酸修饰的四臂聚乙二醇。


12.根据权利要求5或9所述的制备方法，其特征在于：所述缩合剂与四臂聚乙二醇的摩尔比为1～3：1；和/或，所述缩合剂包括二环己基碳二亚胺、苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐、氯甲酸异丁酯、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯和...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴仁军，张雅洁，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32