[發明專利]一種中空管結構的多層水凝膠及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710530224.7
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107320780B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 歐陽禮亮;孫偉;趙雨
• 申請（專利權）人: 上普博源（北京）生物科技有限公司
• 主分類號: A61L27/40
• 分類號: A61L27/40;A61L27/52;A61L27/20;A61L27/38;A61L27/50;A61L27/54;G01N33/15;G16H50/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

本發明公開了一種中空管結構的多層水凝膠及其制備方法與應用。所述制備方法包括如下步驟：(1)制備含有水溶性二價陽離子鹽的溫敏凝膠芯；(2)將溫敏凝膠芯浸泡于海藻酸鈉水溶液中，經交聯反應即在溫敏凝膠芯的表面形成一層海藻酸鹽凝膠；(3)將經步驟(2)處理后的溫敏凝膠芯重復步驟(2)，即在溫敏凝膠芯的表面形成多層海藻酸鹽凝膠，去除溫敏凝膠芯即得。本發明方法操作簡單，制造快速，數分鐘即可成型多達10層的水凝膠結構；所形成的中空管幾何形態靈活，可分叉，可變直徑，可變形狀，主要取決于溫敏凝膠芯的幾何形態；制作過程所處理化環境柔和，對細胞無損傷，多層凝膠結構可支持細胞、大分子、小分子的裝載，具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明涉及一種中空管結構的多層水凝膠及其制備方法與應用，屬于材料科學和工程技術領域。

背景技術

水凝膠是一類以水為分散介質的凝膠，其中生物醫用水凝膠是近年來的發展熱點，被廣泛用作藥物、核酸、細菌、細胞等的載體。特別地，很多生物相容性水凝膠可以仿生細胞外基質的成分和結構，被用以貼附或包裹細胞進行仿生組織及器官的構建。基于細胞生長對水溶性環境的基本需求，水凝膠材料被認為是一類最主要的包裹細胞用的載體材料。

一直以來，組織及器官的損傷、缺失及功能障礙影響人類健康的重大問題，生物材料和再生醫學的發展為病損組織及器官的修復提供了很多策略，比如組織工程支架、脫細胞支架及細胞三維打印等。不同技術手段在構建三維類組織模型上具有不同特點，從幾何形態學上考慮，多層管狀結構是組織及器官構建的一種常見的結構單元，廣泛存在于體內的循環系統、呼吸系統、消化系統等生理系統中。比如，血管中存在內皮、平滑肌和成纖維細胞組成的三層結構，氣管也分為黏膜、黏膜下層和外膜三層。

構建多層水凝膠管狀結構對于生物醫學領域，特別是組織及器官修復有著極其重要的意義，目前常用的構建方法可以分為一步成型和分步成型。一步成型指的是一次形成多層凝膠結構，典型的方法是通過多通道同軸噴頭或微流控裝置擠出分層形式的水溶膠材料，通過添加適當的交聯劑使分層材料凝膠形成多層管狀結構，比如在同軸噴頭的芯通道擠出Ca²⁺溶液，在其他殼通道擠出海藻酸鈉溶液，即可得到離子交聯的海藻酸鈣多層中空管。這種方法適用的水凝膠材料種類及管壁的數量較為有限，同時它無法形成分叉管網結構，對分叉血管的構建存在較大短板。分步成型指的是分步形成多層凝膠結構，最常見是分步澆筑法：比如分步將實心柱狀模板放置于不同尺寸的柱狀空腔中進行水凝膠的澆筑和交聯，即可得到按照柱狀空腔尺寸分布的多層凝膠結構(Soft Matter.2012；8(5):1643-7.)；還有研究者發明了復雜的三維分叉管模具，結合可溶性芯的使用，通過分步澆筑以期實現三維多層分叉血管支架的構建(CN106178130A)。這類澆筑法依賴于模具的設計，制造過程較為繁瑣，由于水凝膠較差的力學性能，存在脫模困難以及成型尺寸的限制等難題。

水凝膠分步涂層法有望能實現多層管狀結構的快速構建，研究者于2008年首次報道基于聚電解質涂層的多層凝膠膜結構(Nature.2008；452:76-9.)，2016年研究者報道了基于溶脹交聯的水凝膠涂層方法(PNAS.2016；113(47):13295-300.)。大部分當前的水凝膠分步涂層法，在成型一層之后，需要補充交聯劑或交聯反應所需的組分再成型下一層，同時很多基于聚電解質的交聯過程處于強酸或強堿條件并不適合活細胞的包裹。

發明內容

本發明的目的是提供一種中空管結構的多層水凝膠及其制備方法與應用，本發明利用交聯劑在固-液界面可以進行擴散，從而激發交聯反應的發生并形成凝膠層；交聯劑被裝載在固相(凝膠相)中，高分子材料溶解在液相(溶膠相)中，二者接觸時，由于交聯劑(某種小分子或離子)的擴散，使得固-液交界面形成一層明顯的凝膠。

本發明所提供的中空管結構的多層水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備含有水溶性二價陽離子鹽的溫敏凝膠芯；