[发明专利]一种水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水凝胶及其制备方法和应用，其中水凝胶为图案化温敏性水凝胶，包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N‑异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。所述的水凝胶用于细胞培养，收集细胞层，进一步可用于构建三维肿瘤模型。本发明提供的水凝胶合理配伍各原料组分，具有优异的温敏性能，通过合理配伍的氧化石墨烯浓度，使水凝胶在细胞培养温度下，呈现疏水性，促进细胞在其表面黏附增殖；在室温条件下，水凝胶由疏水转变为亲水，能够在短时间内收集到脱附的细胞层，利用得到的细胞层进一步培养成具有三维结构的细胞球，既可以用于肿瘤模型研究，也可作为筛选抗肿瘤药物的细胞模型。

技术领域

本发明属于细胞培养技术领域，尤其涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

人类组织器官的功能的损害及丧失，都可以导致疾病和死亡。美国有资料显示，每年都有超过百万的人患有组织器官功能损害或丧失的疾病。我国是全世界人口最多的国家，同时也是患有组织器官功能损害或丧失疾病最多的国家。

理想的组织工程是将机体正常组织细胞吸附在支架上进行体外培养，而这种支架可以被机体吸收，当达到一定程度，把细胞-支架植入机体病变部位，随着支架被机体慢慢吸收，上面的细胞也就慢慢形成了相应的组织，从而达到修复的目的。然而，支架材料还存在很多问题需要探索和解决。细胞片层技术是应用细胞片层进行组织重建，比如将片层直接植入受区位点，或通过异型和同型细胞片层的叠加，构建细胞片层后植入受区位点通过细胞层技术已经在体外构建出了心肌组织，角膜组织，膀胱上皮组织，软骨组织等。与传统组织工程方法相比，这些应用细胞层技术构建的三维组织更接近于人体正常组织。

常规的细胞培养是以TCPS培养板为载体的，培养后用胰酶使细胞外基质降解，从而使培养细胞脱附，但是胰酶会损坏细胞外基质，破坏细胞间连接，影响细胞的生物活性。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(pNIPAm)在水溶液中的温度响应性可以获得完整无损伤细胞片：pNIPAm在细胞培养温度下呈疏水性，适合细胞贴附增殖；当温度降低到低临界溶液温度以下时，pNIPAm发生疏水-亲水转变，细胞自动从其表面分离，从而获得完整的细胞层。

目前，细胞层收集的主要方法是将N-异丙基丙烯酰胺通过电子辐射、等离子体处理或紫外照射等手段将其线性聚合物固定在基底上。但基底接枝线性pNIPAm的方法对pNIPAm的厚度有严格要求，太低，黏附的细胞降温不能脱附；太高，细胞不能黏附。为了得到适宜的pNIPAm厚度，通常需要特殊的仪器或复杂的化学聚合手段，这在主流生物实验室中难以实现。

水凝胶是一种含水但不溶于水的聚合物，相对于接枝线性聚合物，水凝胶的制备方法简单易行。但细胞在pNIPAm水凝胶表面的黏附能并不理想，为了改善细胞在pNIPAm水凝胶表面的黏附增殖性能，锂藻土、壳聚糖、明胶、多壁碳纳米管等材料用于改性pNIPAm水凝胶，但制备的凝胶柔韧性差、响应速率慢。

发明内容

本发明针对上述的技术问题，提出一种水凝胶及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水凝胶，包括以下质量份数的原料组分：10～50份的N-异丙基丙烯酰胺类单体、0.01～0.2份的氧化石墨烯和5～30份的交联剂。

作为优选：所述交联剂为聚乙二醇类交联剂。

作为优选：还包括以下质量份数的原料组分：0.1～10份的引发剂和0.5～5份的催化剂。

作为优选：所述N-异丙基丙烯酰胺类单体为N-异丙基丙烯酰胺、2-羟基异丙基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺；

所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯或聚乙二醇双甲基丙烯酸酯；

所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；

所述催化剂为亚硫酸钠或N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。