[发明专利]一种双重增强的可控结构水凝胶管及其制备方法

说明书

本发明公开一种双重增强的可控结构水凝胶管及其制备方法。该方法包括将含有碱性磷酸酶的单宁酸、丙烯酰胺类单体及聚乙烯醇的混合液经过紫外光控制引发的原位自由基聚合，只聚合表层的反应液，除去中间未反应的反应液即得到水凝胶管，水凝胶管的管壁厚度通过控制紫外光照射时间进行便捷调控。接着将水凝胶管进行第一重增强，然后将增强后的水凝胶管通过酶催化矿化的过程进行第二重增强，最后得到双重增强的具有可控结构的高强度水凝胶管。本发明提供的制备方法，操作简便，创造性地利用了单宁酸多酚羟基的特殊结构，使水凝胶的结构在制备过程中变为可控。制得的水凝胶管力学强度大，可为组织工程细胞培养和人造血管的制备等方面提供理想的候选材料。

技术领域

本发明涉及可控的空心结构高强度水凝胶材料制备的领域，具体涉及一种双重增强的可控结构水凝胶管及其制备方法。

背景技术

水凝胶作为有着与人体组织极为相似的含水率的三维网络结构材料，具有良好的生物相容性，可用作细胞体外培养载体。机体组织的硬度范围为约0.1 kPa - 1000 kPa，水凝胶的强度与此强度比较接近，因此水凝胶作为软物质相对于塑料或玻璃培养基更有利于细胞培养。但目前报道的水凝胶基细胞培养支架大多是二维的平板结构或者三维的多孔结构，而对于培养血管等具有特殊形状的支架，由于其特殊结构，往往很难做到。刘文广课题组通过水凝胶的形状记忆功能将片状水凝胶卷曲成管状水凝胶，用于细胞培养管状支架材料，相对于片状水凝胶可以实现细胞差异分化的同时减少污染的可能（Soft Matter,2013, 9, 132–137）。但由于是水凝胶片通过卷曲形成，因此存在管状不连续，中间存在间断部位，在细胞培养特别是培养管状细胞来模拟血管等方面受到使用限制；另一方面，水凝胶强度的提高会进一步增强形状的保持能力以及对细胞培养过程的有效控制。

因此，如何制备具有高强度可控结构的水凝胶管对于组织工程支架材料来说具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种双重增强的可控结构水凝胶管及其制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种双重增强的可控结构水凝胶管的制备方法，包括如下步骤：

（1）将单宁酸、丙烯酰胺类单体、聚乙烯醇及化学交联剂加入去离子水中，混合均匀得到溶液1；

（2）将碱性磷酸酶加入聚戊二醛的水溶液中，混合均匀得到溶液2；将步骤（1）所述溶液1与所述溶液2混合均匀，得到溶液3；往溶液3中通入氮气除去溶液3中的氧气，然后加入光引发剂，混合均匀得到反应液；

（3）将步骤（2）所述反应液加入柱状容器中，密封，然后离心并超声去除反应液中的气泡，在紫外线照射下进行聚合反应，得到棒状水凝胶，洗涤得到水凝胶管；

（4）将步骤（3）所述水凝胶管进行冷冻处理，然后解冻处理，重复冷冻处理及解冻处理，得到第一重增强的水凝胶管；

（5）将甘油磷酸钙加入三乙醇胺的水溶液中，混合均匀得到甘油磷酸钙矿化溶液；将步骤（4）所述第一重增强的水凝胶管浸泡在甘油磷酸钙矿化溶液中进行矿化反应，得到所述双重增强的可控结构水凝胶管。

进一步地，在步骤（1）所述溶液1中，溶质单宁酸的质量为溶剂水质量的1-5%；所述丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，所述丙烯酰胺类单体在溶液1中浓度为 2-4 mol/L；所述化学交联剂的用量为丙烯酰胺类单体摩尔量的0.05%-0.15%；所述化学交联剂包括N, N'-亚甲基双丙烯酰胺；在溶液1中，溶质聚乙烯醇质量为溶剂水质量的5%-10%。