[发明专利]一种新型梯度水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型梯度水凝胶材料及其制备方法和应用，包括多臂超亲水高分子、多肽配体分子、线性高分子、金属离子；本发明中基于亲水高分子骨架的新型梯度水凝胶材料可以广泛用于细胞培养和信号通路研究等方面，适合于研究基底应力松弛性质的变化和连续应力松弛梯度对细胞生命行为的影响，探究细胞的力信号通路的机制。

技术领域

本发明涉及一种新型梯度水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

细胞外基质为细胞提供支撑，并将细胞连接在一起，形成组织、器官。同时，细胞外基质还向细胞传递信号，调控细胞的生长，极性，形状、迁移和代谢活动。研究调控细胞生命活动的生物信号对生物医学的发展有着极大的意义。近些年，研究者们发现力学信号可以调控细胞的生命活动，这引起了人们极大的兴趣。然而天然的细胞外基质通常具有固定的成分，人们难以轻易地调控其力学性质。水凝胶由亲水大分子交联形成的网络构成，其内部含有大量的水分，具有和细胞外基质相似的微观结构，可以作细胞培养基质。目前，已有研究者用水凝胶作基质，研究了力学信号对细胞生命活动的影响。在目前的研究中，聚丙烯酰胺(PAA)水凝胶被广泛应用于研究力学环境对细胞行为的影响。但是PAA凝胶几乎是纯弹性的，其储能模量比损耗模量大几个数量级。这类水凝胶不能模拟柔软生物组织的粘弹性，无法做到在近似生理力学条件下培养细胞，并研究基质粘弹性对细胞的影响。所以研发在同一网络结构下力学性质可控的水凝胶基质材料是目前细胞培养基质材料和平台领域急需解决的问题。

此外，芦苇、贻贝足丝、骨骼、多毛类蠕虫的颚尖等生物组织都具有梯度结构。这些梯度结构能够增强生物组织的韧性、力学强度、抵抗外力冲击，在生物功能的实现过程中起着至关重要的作用。而目前的常规生物凝胶材料均不具备梯度结构，这与自然生物组织所具有的连续梯度结构有很大不同。并且迄今为止，仍未有研究制备出用于生物医学领域的连续力学梯度水凝胶材料，限制了凝胶材料在梯度结构方面对于生物组织的模拟，所以研发新型的生物友好型力学梯度水凝胶基质材料越也是目前细胞培养基质材料和平台领域需要解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种用于细胞二维培养、生物友好、粘弹性可调、结构牢固的新型梯度水凝胶材料及其制备方法和应用。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种新型梯度水凝胶材料，所述梯度水凝胶材料包括多臂超亲水高分子、多肽配体分子、线性高分子、金属离子；所述多臂超亲水高分子与线性高分子之间使用共价键连接；所述多肽配体分子与金属离子之间使用配位键链接。

进一步，所述交联官能团为碳碳双键；所述多臂超亲水高分子为末端双键修饰的多臂聚乙二醇分子；所述多肽配体分子为PH₆多肽，其序列为GHHPHGHHPH；所述线性高分子为聚丙烯酰胺；所述金属离子为锌离子。

进一步，所述双键修饰的多臂聚乙二醇和丙烯酰胺混合质量比为0.08至0.26；所述PH₆多肽质量为丙烯酰胺质量的26％；所述多臂聚乙二醇、丙烯酰胺和PH₆多肽之间使用共价键链接；所述PH₆多肽与锌离子配位。

一种新型梯度水凝胶材料的制备方法，步骤如下：

S1、胶原液制备：丙烯酰胺(101.25mg)、丙烯酸-PH₆多肽(27mg)、LAP(0.225mg)溶于Tris缓冲液(0.45mL，1M Tris和0.3M KCL，pH＝7.6)中；将混合溶液平均分成三份，再在溶液中分别加入3mg、6mg和9mg双键修饰的多臂聚乙二醇，得到三种双键修饰的多臂聚乙二醇分子的浓度不同的胶原液；