[發明專利]具有微流通道的水凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210086433.4
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN103357072A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 蔣興宇;慕軒;肖樂;張偉;鄭文富
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: A61L27/40
• 分類號: A61L27/40;A61L27/52;A61L27/50;A61L29/12;A61L29/14;C12Q1/02;G01N33/50
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮

技術領域

本發明涉及一種具有微流通道的水凝膠及其制備方法和應用，屬于組織工程技術領域。

背景技術

具有微通道結構的水凝膠無論在制備功能性材料，還是在體外模擬和重建血管化組織中都可以起到非常重要的作用。通過在水凝膠中制作合適的微通道結構，從而可以模擬生物體中脈管系統(如血管、淋巴管、腎小管和植物導管)。這同時也是在體外模擬體內組織功能的基礎。另外，水凝膠中的微通道也可以用來控制水凝膠局部的物理和化學性質。但是水凝膠是一類親水性高分子材料，其獨特的物理化學性質都決定了在水凝膠中構建所需的微通道結構異常困難。目前在水凝膠中構建微通道的方法主要有以下幾種：

1)采用光聚合或光解聚的水凝膠，用雙光子激光器引發水凝膠聚合或解聚，從而制備三維中空的微通道；但是這種方法所需技術門檻非常高，需要昂貴的儀器設備，其次采用的光化學方法不可避免的會對生物對象，如細胞活性產生影響，從而限制在生命科學領域的應用。

2)采用模具，待水凝膠在模具周圍固化后，再移除模具，從而在水凝膠中制作出中空的微通道。目前使用的模具包括金屬線、(糖)纖維和明膠等。但是金屬線模具只能用來制作直線型通道結構，缺乏制作復雜結構的能力。(糖)纖維結構又過于復雜，缺乏可控性。而明膠等模具本身也是水凝膠，機械強度很差，操作起來很困難。

3)采用熱鍵合，利用瓊脂糖水凝膠預熱融化的特性，將兩塊瓊脂糖水凝膠加熱融合(70℃)，加工出微通道結構。但是高于37℃的溫度會傷害細胞，因此限制該方法在生命領域的應用。

4)采用離液劑鍵合，利用蛋白離液劑對蛋白的解離作用，將蛋白水凝膠鍵合在一起，同時保留通道結構。但是離液劑對細胞的損害也比較大，因此限制這種方法在生命領域的應用。

5)采用水凝膠微珠的組裝，利用微珠與微珠之間的空隙起到通道的作用。但是這種模擬十分簡陋，空隙的可控程度十分差。且對于含有細胞的水凝膠微珠，隨著培養的進行，會形成整體的水凝膠塊，而空隙則會消失。

發明內容

因此，本發明的目的是針對目前具有微流通道的水凝膠制備方法復雜、成本高、微流通道的結構不可控、對細胞有損害的不足，提供一種基于蛋白纖維生成的具有微流通道的水凝膠及其制備方法和應用，其基于蛋白纖維生成，并且微流通道的結構可控性強、可灌輸、生物兼容性好、對細胞沒有傷害。

針對上述目的，本發明的技術方案如下：

一方面，本發明提供一種具有微流通道的水凝膠，包括水凝膠基底層和與其鍵合的水凝膠結構層，所述水凝膠結構層與水凝膠基底層鍵合的表面上設有微流凹槽，所述微流凹槽與所述水凝膠基底層共同形成供流體流通的微流通道，所述水凝膠結構層或水凝膠基底層背離鍵合的另一個表面上在對應于所述微流通道的兩個端口的位置處分別設有穿孔以形成所述微流通道的通道入口和通道出口，所述水凝膠基底層和水凝膠結構層均由含有藻酸鈉和纖維狀蛋白的水凝膠制成，所述水凝膠中還含有堿土金屬鹽，所述水凝膠基底層和水凝膠結構層通過纖維狀蛋白形成的蛋白纖維相鍵合。

優選地，所述纖維狀蛋白為膠原蛋白、纖維蛋白原和蠶絲蛋白。

優選地，所述膠原蛋白為I型、II型、III型、V型、XI型、XXIV型和XXVI型膠原蛋白。

優選地，所述微流通道的寬為20～1000μm，高為20～1000μm，更為優選地，所述微流通道的寬為200～400μm，高為200～400μm。

優選地，所述水凝膠中還含有10％DMEM?10X，10％PBS?10X，5～15μL?1M?NaOH和100～300μL去離子水。

另一方面，本發明提供一種具有微流通道的水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

1)將含有藻酸鈉和纖維狀蛋白的水凝膠預聚物通入預先制備好的第一模具上，所述第一模具上設有凸起，使纖維狀蛋白固化成水凝膠，再將堿土金屬鹽水溶液加入固化的水凝膠表面，使藻酸鈉固化交聯，生成藻酸鈉水凝膠，形成設有與第一模具上的凸起相適配的微流凹槽的水凝膠結構層，再將所述水凝膠結構層從第一模具中取出，優選地，所述堿土金屬鹽水溶液為氯化鈣水溶液、氯化鍶水溶液或氯化鋇水溶液，更優選地，所述微流凹槽的寬為20～1000μm，高為20～1000μm；最優選地，所述微流凹槽的寬為200～400μm，高為200～400μm；

2)水凝膠基底層的制備：在預先制備好的第二模具上加上圍欄，通入含有藻酸鈉和纖維狀蛋白的水凝膠預聚物，形成水凝膠基底層預聚物；