一种离子响应水凝胶及其在智能微胶囊制备中的应用

本发明属于组织工程，具体涉及一种离子响应水凝胶及在智能微胶囊制备中的应用。

背景技术：

1、微胶囊是指一种具有聚合物或无机物壁的微型容器或包装物，可以将固体、液体或气体包埋、封存在其内部。微胶囊直径一般在几十至数百微米，是良好的细胞载体，由于微胶囊膜的聚集作用可以使细胞在其内部形成细胞球，并且良好的通透性可以为细胞提供充足的营养物质，得到活性和功能良好三维细胞。微胶囊还可以进行大规模细胞培养，外膜的保护作用可使囊内细胞免受反应器内机械剪切力的直接作用，降低对细胞的伤害，同时还可以提高氧供应效率，有利于进行高密度培养。目前最常用的微胶囊是海藻酸钠/聚赖氨酸微胶囊，该微囊化生物相容性良好，体外培养可以得到大量活性和功能良好的三维细胞，但是由于微胶囊膜强度较高，需要在强酸或强碱等条件(如ph>8)才能溶解，因此无法在生理条件下裂解微胶囊以获取高活性细胞进行治疗，限制了微胶囊技术在三维细胞治疗中的应用，只能作为外泌体使用。本发明提供一种离子响应水凝胶，在较低浓度hco3-环境下中(如低于10mm)能够保持凝胶状态，而在较高浓度hco3-环境中(如高于30mm)会发生溶胶转化反应，转变为溶胶状态。该水凝胶可以用于制备智能微胶囊，在培养阶段通过控制hco3-浓度，可以使微胶囊保持凝胶态，球形状态完整，培养结束提高培养液中hco3-浓度，微胶囊转化为溶胶态，可以收获三维细胞进行细胞治疗，并且溶胶转化条件温和，不影响细胞的活性和功能，因此在组织工程和细胞治疗领域具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种离子响应水凝胶，是由大分子生物材料制备，并且具有良好的离子响应性能。

2、本发明提供一种离子响应水凝胶，由海藻酸钠和改性ε-聚赖氨酸通过静电络合交联构成。

3、优选的，所述的离子响应水凝胶，具有hco3-响应特性，在较低浓度hco3-环境下中(如低于10mm)能够保持凝胶状态，而在较高浓度hco3-环境中(如高于30mm)会发生溶胶转化反应，转变为溶胶状态。

4、优选的，所述的离子响应水凝胶，ε-聚赖氨酸接枝改性方法如下：

5、(1)ε-聚赖氨酸分子侧链nh2基与brcn、brch2cn和brch2ch2cn等化合物进行接枝反应形成-nh2cn、-nh2ch2cn、-nh2ch2cn等侧链基团；

6、(2)用nabh4加氢还原cn基，形成-nh2ch2nh2、-nh2ch2ch2nh2和-nh2ch2ch2ch2nh2基团。

7、优选的，所述的离子响应水凝胶，所用海藻酸钠是低粘度材料，分子量为80.0～200.0kd，g/m比为1.0～3.0，制备液浓度为1.0～3.0wt％，粘度为40.0～80.0mpa·s。

8、优选的，所述的离子响应微胶囊所用改性ε-聚赖氨酸的分子量为10.0～30.0kd，制备液浓度为0.01～0.3wt％。

9、优选的，所述的离子响应水凝胶在智能微胶囊制备中的应用，其制备方法如下：

10、(1)一定浓度的海藻酸钠溶液以静电喷雾法滴入浓度为0.5～0.2m氯化钙溶液中钙化20～60min，形成海藻酸钙凝胶珠；

11、(2)海藻酸钙凝胶珠加入改性ε-聚赖氨酸，海藻酸钙凝胶珠与混合溶液体积比为1:10，万向摇床震荡使反应10min，形成水凝胶微胶囊；

12、(3)将上述水凝胶微胶囊加入55.0mm的柠檬酸钠溶液中液化微胶囊内核，生理盐水清洗3次，得到中空水凝胶微胶囊。

13、本发明还提供一种上述智能微胶囊在细胞治疗中的应用。

14、与现有技术相比，本发明提供一种离子响应水凝胶，由海藻酸钠与改性ε-聚赖氨酸通过静电络合交联构成。在较低浓度hco3-环境下中(如低于10mm)能够保持凝胶状态，而在较高浓度hco3-环境中(如高于30mm)会发生溶胶转化反应，转变为溶胶状态。该水凝胶可以用于制备智能微胶囊，在培养阶段通过控制hco3-浓度可以使微胶囊保持凝胶态，球形状态完整，培养结束提高培养液中hco3-浓度，微胶囊转化为溶胶态，能够收获三维细胞进行细胞治疗，并且溶胶转化条件温和，不影响细胞的活性和功能，并且海藻酸钠分子带有负电荷可以固定碱性成纤维生长因子(bfgf)等带正电的生长因子，具有缓释作用。因此本离子响应水凝胶在细胞治疗领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种离子响应水凝胶，其特征在于，由海藻酸钠和改性ε-聚赖氨酸通过静电络合交联构成。

2.根据权利要求1所述的离子响应水凝胶，其特征在于，所用海藻酸钠是低粘度材料，分子量为80.0～200.0kd，g/m比为1.0～3.0，制备液浓度为1.0～3.0wt％，制备液粘度为40.0～80.0mpa·s。

3.根据权利要求1所述的离子响应水凝胶，其特征在于，所用ε-聚赖氨酸采用如下方法接枝改性：

4.根据权利要求1所述的离子响应水凝胶，其特征在于，溶胶转化离子浓度与ε-聚赖氨酸分子侧链基团类型、ε-聚赖氨酸分子量及海藻酸钠与ε-聚赖氨酸摩尔比相关。

5.一种如权利要求1所述的离子响应水凝胶在智能微胶囊制备以及在细胞治疗中的应用。

6.权利要求1所述离子响应水凝胶制备智能微胶囊的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种离子响应水凝胶，该水凝胶由海藻酸钠和改性ε‑聚赖氨酸制备而成，具有离子响应特性，较低浓度HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;环境中保持凝胶态，而在较高浓度HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;环境中转变为溶胶态。本发明还提供该离子响应水凝胶在智能微胶囊制备中的应用，在培养阶段通过控制HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;浓度，可以使微胶囊保持凝胶态，球形状态完整，培养结束提高培养液中HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;浓度，微胶囊转化为溶胶态，能够收获三维细胞进行细胞治疗，并且转化条件温和，不影响细胞的活性和功能。因此本离子响应水凝胶在细胞培养和细胞治疗领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：张英,宋锦雨,段娜芬,方昊阳,林军
受保护的技术使用者：大连大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1