[发明专利]具有生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物相容性和环境敏感的高分子材料领域，具体涉及一种既具有良好生物相容性又具有温敏性的半互穿纳米复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物水凝胶因其在食品和生物医学工程等领域的广泛应用，如：食品添加剂、药物控制释放和生物组织填充材料等等，受到人们的普遍关注和研究。其中，温度敏感型聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)水凝胶由于存在体积相转变温度而被广泛用于组织工程领域。由于PNIPAm大分子链上同时具有亲水性的基团和疏水性的基团，在温度高于32 ℃时，分子链与水分子之间的氢键遭到破坏，疏水作用占优势，高分子链发生相转变产生体积收缩，水凝胶表面表现为疏水性，利于细胞的贴附和增殖；当温度低于32 ℃时，分子链与水形成氢键，亲水作用占优势，高分子链伸展，水凝胶表面表现为亲水性，可使生长在其表面的细胞或细胞片快速自动脱附。此法避免了使用胰酶消化对细胞及细胞外基质造成的破坏，保持细胞和细胞外基质及其功能的完整性。通过自然脱附得到的细胞片可以直接用于组织工程的移植，避免使用其他载体或支架，对降低移植风险和提高移植成功率十分有利。

然而，传统的温敏性水凝胶强度低韧性差，只能够用于对凝胶强度要求很低的领域；此外，传统温敏性水凝胶的生物相容性以及细胞或细胞片的自动脱附速率都亟待进一步提高。虽然有专利报道(中国专利CN101367947A，CN101328251A，CN1284811C，CN101177487C与CN100341484C)采用具有生物相容性的壳聚糖、葡聚糖、明胶、聚磷酸脂及魔芋葡甘聚糖等制备得到了生物相容性较高的水凝胶，但由于所得凝胶机械性能仍较差并且易碎而限制了其的应用。

根据文献报道Adv. Mater., 2002, 14:1120-1124)，Haraguchi等将锂藻土(Laponite)纳米粒子分散在水中，使N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体在Laponite分散液中原位自由基聚合，Laponite纳米颗粒起到多官能度交联剂的作用，从而得到了聚N-异丙基丙烯酰胺/Laponite纳米复合水凝胶(PNIPAm/Laponite Nanocomposite Hydrogel，简称NC凝胶)。NC凝胶具有高强高韧的力学性能。另据文献报道(Biomacromocules, 2006, 7:3267-3275)，此类高强高韧的NC凝胶可用于人体肝瘤细胞、人体真皮纤维原细胞以及人体脐静脉内皮细胞的培养及通过降温可实现细胞片的自动脱附。但迄今为止，仅有丙烯酰胺类单体能成功制备锂藻土纳米复合水凝胶，同时，NC凝胶表面细胞的粘附和增殖受锂藻土含量影响较大，只有在特定锂藻土含量时细胞才表现出快速增殖，因此其生物相容性受到较大限制。

就生物相容性而言，海藻酸是从天然褐藻中提取的一种多糖，其无毒、无臭并且具有良好的生物相容性，原料丰富、易得且价格低廉。它不仅在食品、纺织、造纸、医药、化妆品等领域具有广泛应用，更重要的是它在药物控释、细胞移植和组织工程等领域都有着重要的用途。钙-海藻酸凝胶可用作组织工程的三维支架，增强细胞的聚集性，还可以有助于保持细胞的活性，被用作体内细胞传输的载体。

因此，我们将海藻酸或海藻酸盐引入到高强高韧的NC凝胶中，在保持NC凝胶良好的力学性能和温度敏感性的基础上，再通过引入线性高聚物海藻酸或海藻酸盐制备半互穿网络得到在较宽的锂藻土含量范围内都具有良好生物相容性的NC凝胶。

发明内容

本发明的目的和内容在于针对现有NC凝胶材料的缺陷和不足，提供具有生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶及其制备方法与应用。该凝胶既具有良好的力学性能和温敏性，又在较宽的锂藻土含量范围内具有良好生物相容性，通过降低环境温度还可以实现细胞或细胞片从用于细胞培养的该水凝胶表面上快速自动脱附。

本发明所制备的具有良好生物相容性和温敏性的半互穿网络纳米复合水凝胶，是由N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体、锂藻土Laponite和具有生物相容性的线性高分子海藻酸或海藻酸盐溶于水通过NIPAm单体原位自由基聚合反应制备而成。本发明的目的和内容还在于提供所述水凝胶的制备方法与细胞培养和细胞片的快速脱附。本发明的具体技术方案如下。