一种三维多孔磁性纳米水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种三维多孔磁性纳米水凝胶及其制备方法和应用，属于生物材料技术领域，所述三维多孔磁性纳米水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)将明胶溶液与磁性纳米粒子混合，超声分散获得磁性纳米粒子

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔磁性纳米水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物材料
，尤其涉及一种三维多孔磁性纳米水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]通常的细胞培养都是采用2D培养，但是由于机体内的环境较为复杂，2D培养不能很好的模拟体内情况，不能更真实的反应细胞在体内的存在及变化状态。而最近兴起的3D细胞培养模型比2D更接近体内微环境，培养的细胞更接近机体内部细胞的存在状态，因此，相对于2D培养，可以提供更准确的细胞信息，是研究细胞功能的理想选择，为细胞基础研究、药物筛选等领域提供更优的选择。
[0003]第一代3D细胞培养基质水凝胶主要是从鼠尾胶或从小鼠肉瘤细胞基底膜提取的ECM，主要成分是胶原、层粘连蛋白以及生长因子。第一代3D水凝胶使用广泛，是目前基础研究中普遍使用的材料。但也存在一些问题，如含有动物来源的成分，特别是蛋白和生长因子的种类和数量变化无法控制，对细胞或类组织生长有很大的影响，在此基础上建立的3D细胞模型也存在不稳定的情况。另外胶原形成凝胶后不可逆，从凝胶中无法分离出细胞来。实验过程中，需要保持基质胶及操作耗材的低温，难以高通量操作。
[0004]第二代水凝胶主要是人工合成多肽支架，在温度或pH/离子强度变化下高度交联，形成三维结构，支持细胞和类组织生长。这类基质胶性能稳定。但是，多肽运输保存必须维持在
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20度以下，还需要避免反复冻融，存在操作不方便的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三维多孔磁性纳米水凝胶及其制备方法和应用，原材料为磁性纳米粒子和明胶，原材料不需要低温保存；制备获得的三维多孔磁性纳米水凝胶，具备超顺磁性作用，与细胞相容性好，更适合干细胞在材料表面粘附生长。
[0006]本专利技术提供了一种三维多孔磁性纳米水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将明胶溶液与磁性纳米粒子混合，超声分散获得磁性纳米粒子
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明胶混合液；
[0008]2)将所述磁性纳米粒子
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明胶混合液预冷降温至14～18℃后，进行3D打印获得三维材料；
[0009]3)将所述三维材料浸泡在转谷酰胺酶溶液中，进行二次交联，获得稳定的三维多孔磁性纳米水凝胶。
[0010]优选的，步骤1)中所述明胶溶液的浓度为8wt％～12wt％。
[0011]优选的，步骤1)中所述明胶溶液与磁性纳米粒子混合的比例为10ml:(0.1～0.5)g。
[0012]优选的，步骤1)中所述超声分散的频率≥20KHz，功率密度≥0.3w/cm2；所述超声分散的时间为20～40S。
[0013]优选的，步骤2)中所述3D打印过程中，打印底板温度为14～18℃，喷头大小为0.1
～0.2um，喷头的填充速度为10～15mm/s，喷头的移动速度为15～20mm/s。
[0014]优选的，步骤3)中转谷酰胺酶溶液的浓度为1.5～2.5wt％；所述浸泡的温度为15～20℃，所述浸泡的时间为8～12min。
[0015]本专利技术提供了所述的制备方法制备获得的三维多孔磁性纳米水凝胶。
[0016]优选的，所述三维多孔磁性纳米水凝胶的孔径为500
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700μm，所述三维多孔磁性纳米水凝胶的表面有凹凸不平的微孔，所述微孔的孔径为5～20μm。
[0017]本专利技术还提供了所述三维多孔磁性纳米水凝胶在细胞培养中的应用。
[0018]本专利技术还提供了所述三维多孔磁性纳米水凝胶在制备医用体内植入材料中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的三维多孔磁性纳米水凝胶，原材料为磁性纳米粒子和明胶，原材料不需要低温保存；在制备过程中，利用凝胶的温度敏感性效应，实现了3D打印，并且经过转谷酰胺酶溶液的浸泡，凝胶进行了二次交联，明胶中的氨基、羧基、酰胺基等基团，通过利用转谷酰胺酶作为交联剂，产生酰胺反应而形成稳定的水凝胶结构；解决了温度升高至37℃以上，凝胶可逆为溶液状态的技术问题，可用于细胞培养实验以及后续的动物体内植入实验。
[0020]本专利技术获得的三维多孔的磁性纳米水凝胶具备超顺磁性作用，与细胞相容性好，磁性水凝胶三维多孔的结构更适合干细胞在材料表面粘附生长，三维多孔结构有利于营养物质的输送，扫描电镜显示磁性纳米水凝胶的材料表面的凹凸结构能够使干细胞与材料表面较为紧密地结合。根据本专利技术实施例的记载，脐血干细胞在三维多孔磁性纳米水凝胶材料表面生长良好，增殖迅速，第7天的细胞基本覆盖在材料孔的表面。
附图说明
[0021]图1为3D生物打印构建的三维多孔磁性纳米水凝胶材料；
[0022]图2为三维多孔磁性纳米水凝胶材料扫描电镜观察结果；
[0023]图3为培养的P3代脐血间充质干细胞；
[0024]图4为死活细胞染色结果体现的干细胞在三维多孔磁性纳米水凝胶表面生长的情况；
[0025]图5为三维多孔磁性纳米水凝胶材料与普通的细胞培养板培养细胞的CCK
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8测试结果。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种三维多孔磁性纳米水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0027]1)将明胶溶液与磁性纳米粒子混合，超声分散获得磁性纳米粒子
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明胶混合液；
[0028]2)将所述磁性纳米粒子
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明胶混合液预冷降温至14～18℃后，进行3D打印获得三维材料；
[0029]3)将所述三维材料浸泡在转谷酰胺酶溶液中，进行二次交联，获得稳定的三维多孔磁性纳米水凝胶。
[0030]在本专利技术中，将明胶溶液与磁性纳米粒子混合，超声分散获得磁性纳米粒子
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明胶混合液。在本专利技术中，所述明胶溶液的浓度优选为8～12wt％，进一步优选为9～11wt％，更
进一步优选为10wt％。在本专利技术中，所述明胶溶液的溶剂优选的超纯水。在本专利技术中，所述磁性纳米粒子优选为Fe3O4磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子的粒径优选为15～25nm，进一步优选为20nm，在本专利技术的具体实施过程中，所述磁性纳米粒子优选的购置于深圳欣城生物科技有限公司。在本专利技术中，所述明胶溶液与磁性纳米粒子混合的比例优选为10ml:(0.1～0.5)g；所述混合过程中伴随搅拌，所述搅拌的转速优选为500～700rpm，进一步优选为550～650rpm，更进一步优选为600rpm。在本专利技术中，所述超声分散的频率≥20KHz，功率密度≥0.3w/cm2；所述超声分散的时间优选为20～40S，进一步优选为25～35S，更进一步优选为30S。
[0031]本专利技术在获得所述磁性纳米粒子
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明胶混合液后，将所述磁性纳米粒子
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明胶混合液预冷降温至14～18℃后，进行3D打印获得三维材料。在本专利技术中，优选的预冷降温至15～17℃，更优选的预冷降温至16℃，在上述温度范围内，所述磁性纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔磁性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将明胶溶液与磁性纳米粒子混合，超声分散获得磁性纳米粒子
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明胶混合液；2)将所述磁性纳米粒子
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明胶混合液预冷降温至14～18℃后，进行3D打印获得三维材料；3)将所述三维材料浸泡在转谷酰胺酶溶液中，进行二次交联，获得稳定的三维多孔磁性纳米水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述明胶溶液的浓度为8～12wt％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述明胶溶液与磁性纳米粒子混合的比例为10ml:(0.1～0.5)g。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述超声分散的频率≥20KHz，功率密度≥0.3w/cm2；所述超声分散的时间为20～40S。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄江鸿，赵玲，梁宇杰，
申请(专利权)人：深圳市第二人民医院深圳市转化医学研究院，
类型：发明
国别省市：