一种支架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种支架材料及其制备方法和应用，属于组织工程技术领域。支架材料的制备方法包括如下步骤：将光敏水凝胶单体溶液和光引发剂混合，形成预聚液，将预聚液加热至温敏水凝胶的凝胶化温度，将温敏水凝胶成型产物浸没于预聚液中，进行光固化反应，得到包裹温敏水凝胶成型产物的光敏水凝胶成型产物，将温敏水凝胶成型产物排出，得到具有三维孔道结构的支架材料。本发明专利技术的支架材料制备方法可制备出根据细胞空间分布需求定制的复杂三维孔道结构的支架材料，且解决了利用光敏水凝胶构建三维立体细胞培养体系时，细胞在紫外光固化过程中容易受到紫外光照的影响而失活甚至死亡的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种支架材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及组织工程
，更具体地，涉及一种支架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水凝胶为一类由高度溶胀的多孔聚合物网络组成的柔软三维含水结构，可以使负载的细胞和周围组织的营养物质进行高效交换，同时，模拟体内细胞外基质微环境，促进细胞识别和组织整合，因此，水凝胶常被用来作为支架材料应用于细胞三维立体培养中。
[0003]目前，常见的是甲基丙烯酸基水凝胶，甲基丙烯酸基水凝胶为一类甲基丙烯酸酐修饰的光敏水凝胶单体溶液经光固化而形成的光敏水凝胶。在实际应用中，常将光敏水凝胶单体溶液与细胞悬浮液和光引发剂混合，然后进行紫外光照射发生光固化反应，使得光敏水凝胶原液固化形成包裹细胞的光敏水凝胶，之后将该光敏水凝胶浸入到培养基中进行培养。然而，该方法存在一个致命的缺点：在紫外光固化过程中，细胞容易受到光照的影响而失活甚至死亡。
[0004]现有技术公开了一种可用于构建多种细胞有限接触三维共培养体系的非匀质水凝胶，其非匀质水凝胶包括凝胶化的连续相和分布在所述连续相中的凝胶微球，制备方法为先将凝胶材料的水溶液分散于油性溶液中，经乳化和凝胶化处理，得到凝胶微球；再将所述凝胶微球与凝胶材料构建成非匀质水凝胶。其负载细胞培养的操作也是进行凝胶化处理前向混合溶液中加入细胞，混匀后再进行凝胶化处理，可以制得包载了细胞的非匀质水凝胶。因此，同样无法解决凝胶和化过程中细胞的失活甚至死亡问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有应用于细胞三维立体培养的支架材料的制备方法容易导致细胞的失活甚至死亡的缺陷和不足，提供一种支架材料的制备方法，其制备过程避免了细胞受到紫外光照辐射，避免了细胞三维立体培养过程中的细胞的失活甚至死亡。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种上述支架材料的制备方法制备得到的支架材料。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供一种支架材料在制备组织工程材料中的应用。
[0008]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种支架材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1.将温敏水凝胶溶液固化、脱模，得到具有固定形状的温敏水凝胶成型产物；
[0011]S2.将光敏水凝胶单体和光引发剂在溶液中进行混合，形成预聚液；
[0012]S3.将预聚液加热至温敏水凝胶的凝胶化温度，将温敏水凝胶成型产物浸没于预聚液中，进行光固化反应，得到包裹温敏水凝胶成型产物的光敏水凝胶成型产物；
[0013]S4.将包裹温敏水凝胶成型产物的光敏水凝胶成型产物中的温敏水凝胶成型产物排出，得到具有三维孔道结构的支架材料。
[0014]在具体实施方式中，温敏水凝胶成型产物的制备方法可以具体操作如下：
[0015]提供温敏水凝胶溶液和模具，模具包括用于浇筑成型的腔体；
[0016]将温敏水凝胶溶液注入模具的腔体中，加热至温敏水凝胶的凝胶化温度进行固化，脱模，得到具有固定形状的温敏水凝胶成型产物。
[0017]S3步骤中为了方便温敏水凝胶成型产物液化后从光敏水凝胶成型产物中直接排出，温敏水凝胶成型产物浸没于预聚液中的具体操作可以为：
[0018]将温敏水凝胶成型产物置于反应容器中，并使得部分温敏水凝胶成型产物接触容器内壁，加入预聚液直至混合溶液完全浸没温敏水凝胶成型产物。
[0019]S4中从光敏水凝胶成型产物中将温敏水凝胶成型产物排出，形成具有三维孔道结构的支架材料，支架材料的三维孔道结构的形状与温敏水凝胶成型模具的腔体形状相同。
[0020]在本方案实际应用过程中，本专利技术的光引发剂可以为本领域的常规光引发剂，使得光敏水凝胶单体溶液在紫外光照或其他光照下能够发生光固化反应即可。例如光引发剂可以为光引发剂Irgacure 2959溶液，其在特定波长(365nm)的紫外光作用下引发单体在水溶液中聚合。
[0021]其中，需要说明的是：
[0022]本专利技术的支架材料的制备方法中，可以利用温敏凝胶的溶胶
‑
凝胶可逆相变，制备根据细胞空间分布需求定制的具有复杂三维孔道结构的支架材料。在S1步骤中选择合适的模具即可得到结构适配的温敏水凝胶成型产物，通过S3步骤的光敏水凝胶成型产物包裹和S4步骤的再溶胶流出，即可制备得到定制的具有复杂三维孔道结构的支架材料。
[0023]本专利技术的支架材料应用于细胞培养的具体操作为：
[0024]将细胞悬浮液注入支架材料的三维孔道结构中，然后将整个支架材料浸没在生长培养基中，置于培养箱中培养，使得细胞在光敏水凝胶的三维孔道结构中生长，形成三维立体细胞培养体系。
[0025]相对于现有的支架材料在细胞三维立体培养中的应用，本专利技术的支架材料的制备过程中并未介入细胞成分，因此避免了紫外光固化过程中细胞容易受到光照的影响而失活甚至死亡，且可以很好地模拟体内细胞外基质微环境，促进细胞识别和组织整合。
[0026]优选地，S2中所述光敏水凝胶单体包括甲基丙烯酸酐修饰的细胞外基质组分和/或甲基丙烯酸酐修饰的生物多糖。
[0027]在具体实施方式中，所述光敏水凝胶单体可以为甲基丙烯酸酐化壳聚糖、甲基丙烯酸酐化透明质酸、甲基丙烯酸酐化胶原蛋白、甲基丙烯酸酐化明胶、甲基丙烯酸酐化硫酸软骨素和甲基丙烯酸酐化纤维素中的一种或几种。
[0028]在具体实施方式中，所述温敏水凝胶溶液为聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)类温敏纳米凝胶分散在水中形成的溶液。
[0029]温敏水凝胶溶液为聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)类温敏纳米凝胶分散在水中形成的溶液，温敏水凝胶溶液在温度低于温敏水凝胶的凝胶化温度时，为呈流体状的溶胶；温度高于等于温敏水凝胶的凝胶化温时，由溶胶转变为凝胶，呈固态。
[0030]温敏水凝胶与细胞/组织具有良好的生物相容性，可保证采用温敏水凝胶处理的支架材料具有良好的生物相容性，保证细胞活性以及粘附性。
[0031]在具体实施方式中，优选地，S2中所述预聚液中光敏水凝胶单体的浓度为50～200mg/mL，光引发剂的浓度为0.2～0.6w/v％。
[0032]其中，需要说明的是：
[0033]光引发剂的浓度单位为w/v％，其中w
‑
表是光引发剂的质量为mg，v
‑
表示预聚液的体积mL。
[0034]S2中单体浓度和光引发剂浓度的进一步优选可以促进在紫外光照下形成光敏凝胶高分子网络，促进光敏水凝胶单体完全反应，使反应更充分，尽量避免单体与引发剂的残留。
[0035]在具体实施方式中，优选地，S3中所述光固化的光源为6.9mW/cm2，360～480nm的紫外光源，聚合时间20～60s。
[0036]通过上述紫外光源可以促进单体与引发剂反应更加充分，固化时间太短紫外光能量无法激活光引发反应，通过紫外光源的波长和时间控制可以进一步提高反应效率。
[0037]优选地，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将温敏水凝胶溶液固化、脱模，得到具有固定形状的温敏水凝胶成型产物；S2.将光敏水凝胶单体和光引发剂在溶液中进行混合，形成预聚液；S3.将预聚液加热至温敏水凝胶的凝胶化温度，将温敏水凝胶成型产物浸没于预聚液中，进行光固化反应，得到包裹温敏水凝胶成型产物的光敏水凝胶成型产物；S4.将包裹温敏水凝胶成型产物的光敏水凝胶成型产物中的温敏水凝胶成型产物排出，得到具有三维孔道结构的支架材料。2.如权利要求1所述支架材料的制备方法，其特征在于，S2中所述光敏水凝胶单体包括甲基丙烯酸酐修饰的细胞外基质组分和/或甲基丙烯酸酐修饰的生物多糖。3.如权利要求2所述支架材料的制备方法，其特征在于，所述光敏水凝胶单体包括甲基丙烯酸酐化壳聚糖、甲基丙烯酸酐化透明质酸、甲基丙烯酸酐化胶原蛋白、甲基丙烯酸酐化明胶、甲基丙烯酸酐化硫酸软骨素和甲基丙烯酸酐化纤维素中的一种或几种。4.如权利要求1所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳鹏，李涵，孙海霞，刘宏，杨祥良，
申请(专利权)人：广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：