[发明专利]高强度光敏感水凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明高分子水凝胶技术领域，更加具体地说，涉及具有脱附细胞能力和转基因功效的高强度水凝胶的制备，即聚乙二醇甲基丙烯酸酯-共聚-2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪-共聚-含螺吡喃单体共聚物（PEGMA-co-PVDT-co-PSP）水凝胶的制备以及对其应用的研究。

背景技术

高分子水凝胶是一类具有较高的水含量并且在吸水后能够保持原有结构而不被溶解的三维网状聚合物，因其特征类似于软组织且生物相容性良好，因而在生物医学工程领域具有重要的应用价值。但是，对于传统水凝胶，凝胶中的水分子对高分子网络的稀释作用、交联点无序性分布和链节长短不一，以及在成胶过程中交联网络的不均一性造成水凝胶的力学性能很弱，难以用于承受较高载荷的软组织替代，甚至在移动过程中镊子等器物的触动也很容易使凝胶破损，因此限制了其作为生物材料的应用。近年来，科研人员在解决水凝胶较差的力学性能这一问题中取得了重要的进展，提出了许多构筑高强水凝胶的新观点、方法和制造技术。例如双网络(DN)凝胶（J.P.Gong,Y.Katsuyama,T.Kurokawa,Y.Osada,Double-Network Hydrogels with Extremely High Mechanical Strength.Adv.Mater.15(2003)1155-1158）、大分子微球复合凝胶(MMC)、纳米复合材料凝胶(NC)、环滑凝胶(TP)、四臂-聚乙二醇凝胶和偶极-偶极增强凝胶等。这些文献报道的技术主要是致力于增强水凝胶的强度，如拉伸、压缩、延展性和断裂能等。最近，我们课题组报道了一系列基于二氨基三嗪氢键的高强度凝胶(L.Tang,W.Liu,G.Liu,High-Strength Hydrogels with Integrated Functions of H‐bonding and Thermoresponsive Surface-Mediated Reverse Transfection and Cell Detachment Adv.Mater.22(2010)2652-2656)。其优异的力学强度源于凝胶本体中二氨基三嗪基团之间形成的刚性超分子六元环结构的氢键；同时，凝胶表面的二氨基三嗪可与DNA的碱基对形成氢键从而锚固DNA，这样可实现表面介导的反向转染或基质介导的转染。已有文献报道(Z.Cao,W.Liu,D.Liang,G.Guo,J.Zhang,Design of Poly(vinyldiaminotriazine)-Based Nonviral Vectors via Specific Hydrogen Bonding with Nucleic Acid Base Pairs.Adv.Funct.Mater.17(2007)246-252)线性聚2-乙烯基-4，6-二氨基，1，3，5-三嗪(PVDT)可以与质粒DNA形成复合物(PVDT/pDNA)在细胞内实现有效的基因转染。通过PVDT与凝胶表面的二氨基三嗪残基之间的强氢键作用可将PVDT/pDNA复合物吸附在凝胶表面，可有效提高转染效率。

发明内容

基于以上技术背景，本发明的目的在于提供一种高强度光敏感型PEGMA-co-PVDT-co-PSP水凝胶及其制备方法和应用。该光敏感性水凝胶具有较高的抗拉伸和抗压缩能力，具有良好的生物相容性。并且该水凝胶具有吸附DNA转染细胞的能力以及通过光照调节细胞的贴附和脱贴附行为。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

高强度光敏感水凝胶，由聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪(VDT)和带有螺吡喃结构的含双键单体(SP)通过自由基聚合共聚而成，将这三种单体和引发剂、交联剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发它们分子上的不饱和键，通过自由基聚合反应制备出水凝胶。

在上述技术方案中，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯根据分子中聚乙二醇片段的大小，以调整其数均分子量，选择数均分子量300—800的低聚乙二醇甲基丙烯酸酯（OEGMA），由于在引发自由基聚合后，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯分子中的双键被引发实现自由基聚合，最终形成水凝胶网络，故对作为初始原料使用的聚乙二醇甲基丙烯酸酯的分子量及其分布不做特意要求。