[發明專利]一種各向異性剛度梯度的水凝膠的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011291184.3
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112480432B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 黃建永;劉曉曄;張海輝
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C12Q1/02;C12R1/19;C12R1/445;C08L33/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供一種各向異性剛度梯度的水凝膠的制備方法及應用，包括：S1，制備透鏡凹槽狀的聚二甲基硅氧烷模具；S2，在聚二甲基硅氧烷模具的透鏡凹槽內和活化的第一蓋玻片之間加入第一制備原料，聚合并去除模具，得到透鏡凹槽狀的第一層水凝膠；S3，在第一層水凝膠和疏水的第二蓋玻片之間加入第二制備原料，聚合得到第二層水凝膠；S4，去除第二蓋玻片，得到各向異性剛度梯度的水凝膠。本發明提供的水凝膠界面更加接近于細菌感染的宿主組織界面，通過該物理特性的建立，能夠更有效的揭示出細菌在梯度剛度水凝膠界面上定植和感染的機械規律。

技術領域

本發明涉及生物醫學工程技術領域，具體涉及一種各向異性剛度梯度的水凝膠的制備方法及應用。

背景技術

細菌在宿主體內定植和感染受到多重因素調控，其生物學特性的研究領域已經得到廣泛開發，然而機械物理特性的研究仍需進一步探索。宿主細胞外基質(Extracellularmatrix，ECM)是保障宿主組織完整性和機械穩態的重要因素，其基質剛度(Matrixstiffness)是ECM的主要力學機械特性。用于模擬不同的ECM基質剛度的聚丙烯酰胺水凝膠技術已經大力發展，該技術通過楊氏模量法測定和制備了各水凝膠表面形成的基質剛度。聚丙烯酰胺水凝膠形成的剛度基質多用于腫瘤組織病程的研究，以及癌細胞浸潤的物理特性研究，通過水凝膠表面的形變，微粒子的位移，計算在水凝膠表面生長的癌細胞的牽引力的大小，從而評價癌細胞的軟性特性和浸潤能力。此外，對于不同剛度表面細菌粘附和生長的水凝膠的制備也應用于細菌生長和感染特性的研究。然而，各組織表面剛度的均一性并不一致，例如腸道組織各部分剛度截然不同，腸道隱窩處比其他腸道細胞部分要硬。在病理條件下，炎癥組織表面比非炎癥組織表面更硬。所以均一的ECM剛度的水凝膠的制備對于研究細菌感染是局限的。因為細菌侵染的各宿主組織不是處于簡單的單一剛度的物理特性下的。因此各向異性剛度梯度的水凝膠的制備更接近于宿主體內的感染環境，該發明的研究也更為迫切。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種各向異性剛度梯度(連續剛度值的梯度變化)的水凝膠的制備方法及應用，用于至少部分解決傳統方法采用均一的ECM剛度水凝膠對細菌感染進行研究存在局限性等技術問題。

(二)技術方案

本發明一方面提供了一種各向異性剛度梯度的水凝膠的制備方法，包括：S1，制備透鏡凹槽狀的聚二甲基硅氧烷模具；S2，在聚二甲基硅氧烷模具的透鏡凹槽內和活化的第一蓋玻片之間加入第一制備原料，聚合并去除模具，得到透鏡凹槽狀的第一層水凝膠；S3，在第一層水凝膠和疏水的第二蓋玻片之間加入第二制備原料，聚合得到第二層水凝膠；S4，去除第二蓋玻片，得到各向異性剛度梯度的水凝膠。

進一步地，S2中第一制備原料包括4％～5％的丙烯酰胺，0.3％～0.5％的雙丙烯酰胺以及反應催化劑和加速劑。

進一步地，S3中第二制備原料包括4％～10％的丙烯酰胺，0.3％～0.5％的雙丙烯酰胺以及反應催化劑和加速劑。

進一步地，S1具體包括：制備聚酯-樹脂透鏡基板，將聚二甲基硅氧烷單體和引發劑的預聚物轉移至蓋玻片和基板之間，聚合后去除基板，得到透鏡凹槽狀的聚二甲基硅氧烷模具。

進一步地，S2中第一蓋玻片為甲基丙烯酸酯-蓋玻片，以結合第一層水凝膠。

進一步地，S3中第二蓋玻片為二氯二甲基硅烷處理的疏水蓋玻片，以使第二層水凝膠易剝離。

進一步地，各向異性剛度梯度的水凝膠的界面剛度的范圍為0～150kPa。

進一步地，各向異性剛度梯度的水凝膠的界面梯度強度的范圍為40～200Pa/μm。

本發明另一方面提供了一種根據前述各向異性剛度梯度的水凝膠的制備方法得到的各向異性剛度梯度的水凝膠在驅動細菌自組裝式排列方法的應用。