[发明专利]一种双网络聚(N‑丙烯酰基‑L‑α‑氨基酸)/透明质酸复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种双网络聚(N-丙烯酰基-L-α-氨基酸)/透明质酸复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

随着三维细胞培养技术的快速发展，水凝胶越来越受重视，因为其不仅具有与活体组织类似的多孔弹性水合网络，还利于氧、营养物质和代谢废物在其中的传输，可为细胞粘附、增殖和分化提供理想的三维微环境。水凝胶已广泛用于生物医学研究领域，如药物或蛋白递送、细胞递送、生物粘合剂、组织工程、体外细胞三维培养等。其中，由天然高分子制备的水凝胶，如藻酸盐、透明质酸、壳聚糖、胶原、丝素蛋白等，具有良好的生物相容性、生物可降解性、细胞粘附性等性质。制备水凝胶的交联方法主要包括物理交联和化学交联两种。物理交联方法通常工艺简单，但形成水凝胶强度不够高，而化学交联方法如光交联、碳二亚胺法交联、点击化学交联等可赋予凝胶高的力学性能。然而，单一化学交联方法制备的水凝胶无法满足较高应力环境下应用的要求，如骨或软骨组织等。为提高水凝胶的力学性能，新的技术手段不断出现，如双交联网络结构水凝胶、互穿网络水凝胶、纳米复合凝胶和拓扑水凝胶等。

双交联网络水凝胶由两种三维聚合物网络构成，可克服彼此缺点，具有良好的综合性能，尤其是拥有较高的力学强度，近年受到越来越多的关注。如利用聚丙烯酸改性聚乙二醇形成互穿网络结构水凝胶，可使聚乙二醇水凝胶模量提高3.2倍[Waters DJ,et al.Structure and mechanism of strength enhancement in interpenetrating polymer network hydrogels.Macromolecules,2011,44:5776-5787]；由聚甲基丙烯酰化古兰糖胶和聚甲基丙烯酰胺化明胶制成的双网络水凝胶不仅具有高达6.9MPa的断裂应力，还可有效支持NIH-3T3纤维原细胞的生长[Shin H,et al.The mechanical properties and cytotoxicity of cell-laden double-network hydrogels based on photocrosslinkable gelatin and gellan gum biomacromolecules.Biomaterials,2012,33:3143-3152]；再如，以中性寡聚(2,2-二甲基三亚甲基碳酸酯)-聚(乙二醇)-寡聚(2,2-二甲基三亚甲基碳酸酯)-二丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化透明质酸为原料，经两步光化学交联法制备的双网络水凝胶最大压缩应力高达8.38MPa，可有效支持猪软骨细胞生长[Fan CJ,et al.A tough double network hydrogel for cartilage tissue engineering.Journal of Materials Chemistry B,2013,1:4251-4258]。尽管这些水凝胶具有较高的力学性能和良好的生物相容性，但是它们无法满足细胞三维培养结束时需要细胞/基质快速分离的应用环境。因此，开发能响应刺激信号实现快速解离并具有良好力学性能和生物相容性的水凝胶，具有重要的研究价值。

聚氨基酸(或称为多肽)是一类具有良好生物相容性、酶特异性降解性和功能性的新型材料，其含有的功能性基团如-NH₂、-COOH赋予其独特的生物学性能，如碱性聚赖氨酸荷正电对蛋白质、DNA和细胞膜就有很强的亲和性、可刺激免疫球蛋白和干扰素β的合成、抑制肿瘤生长[Kuo YC,et al.Chondrogenesis in scaffolds with surface modification of elastin and poly-L-lysine.Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2012,93:85-91]；酸性聚氨基酸能诱导仿生矿化和骨细胞分化[Amosi N,et al.Acidic peptide hydrogel scaffolds enhance calcium phosphate mineral turnover into bone tissue.Acta Biomaterialia,2012,8:2466-2475]。另一方面，由L-α-氨基酸丙烯酰化衍生物经自由基聚合形成的聚(N-丙烯酰基-L-α-氨基酸)，同样具有聚氨基酸的诸多性质，在生物医学领域具有良好的应用前景，然而这类材料应用于生物医学领域的研究尚处于婴儿期，在组织工程等领域的应用极少。这类聚合物形成的水凝胶脆性和模量均较大，单独使用有一定限制。

发明内容