用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]微凝膠是一類特殊的智能高分子材料，與普通凝膠一樣，包含三維聚合物網(wǎng)絡(luò)骨架和流動相(一般為溶劑)兩部分。微凝膠內(nèi)部擁有敞開的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表面和內(nèi)部帶有大量的功能性基團。
[0003]微凝膠的分子結(jié)構(gòu)介于線形大分子和大網(wǎng)絡(luò)聚合物之間，同時結(jié)合了線形大分子和三維網(wǎng)絡(luò)聚合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢使其具備獨特的性質(zhì)，如可逆溶脹性、刺激響應(yīng)性、流變性、高膠質(zhì)穩(wěn)定性和良好的表面活性等。微凝膠顆粒被限定在一定尺度內(nèi)，在這個尺度內(nèi)線形大分子進行化學(xué)鍵交聯(lián)而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在微凝膠顆粒之間，沒有任何化學(xué)鍵相連接。這是它與大網(wǎng)絡(luò)聚合物在結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別。
[0004]目前微凝膠用于組織工程領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注，制備多孔微凝膠的材料主要有天然材料和合成材料，天然材料主要有殼聚糖、明膠、海藻酸鈉等，Yaqian Li等人利用明膠制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的微凝膠用作細胞載體，但天然材料具有來源批次不穩(wěn)定、提取和純化過程可能受污染、理化性能差等缺陷；合成材料主要有聚異丙基丙烯酰胺、聚乙二醇等，Devon M.Headen等人利用四臂的聚乙二醇通過微流控技術(shù)制備包覆有細胞的微凝膠，浙江大學(xué)的杜濱陽等人發(fā)明了聚N-乙烯基吡咯烷酮微凝膠，該微凝膠可以作為藥物載體，應(yīng)用于裝載藥物(尤其是異煙肼)并將其緩慢釋放，但目前報道的合成高分子不具備生物可降解性質(zhì)。
[0005]基于上述問題，本發(fā)明提出基于生物可降解聚氨基酸制備多孔微凝膠用于組織工程領(lǐng)域，目前基于聚氨基酸的多孔微凝膠材料還未見報道。
[0006]聚氨基酸作為一種大分子多肽材料，具有優(yōu)異的生物可降解性能，優(yōu)良的生物活性和生物相容性，并且其降解產(chǎn)物為小分子氨基酸，沒有毒副作用，因此聚氨基酸在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如生物分離、組織工程、基因治療和藥物控制釋放等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。此夕卜，聚氨基酸還具有良好的側(cè)基可修飾性，具有重要應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的之一在于提供一種用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供該聚氨基酸基多孔微凝膠材料的制備方法。
[0009]一種用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料，其特征在于該多孔微凝膠材料是以側(cè)鏈帶有雙鍵的聚氨基酸通過化學(xué)交聯(lián)而形成的多孔微凝膠，其粒徑在100?300 mm之間，孔徑在20?40mm之間，孔隙率在70?85%之間。
[0010]上述的側(cè)鏈帶有雙鍵的聚氨基酸為經(jīng)甲基丙烯酸羥乙酯或順丁烯二酸酐接枝改性的聚氨基酸，該制備方法參見:高曉曄.pH敏感的聚(L-谷氨酸)-交聯(lián)聚丙烯酸水凝膠的合成與性能研宄[J].高分子學(xué)報，2011(8):883-888。接枝率為10?50%，粘均分子量在10萬-40萬。
[0011]上述的聚氨基酸為聚谷氨酸、聚賴氨酸、聚精氨酸、聚鳥氨酸、聚天冬氨酸等。
[0012]一種用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料，其特征在于所述的側(cè)鏈帶有雙鍵的聚氨基酸中還添加有側(cè)鏈帶有雙鍵的殼聚糖，兩者的質(zhì)量比為:(9?7): (I?3)。
[0013]上述的側(cè)鏈帶有雙鍵的殼聚糖為經(jīng)順丁烯二酸酐接枝改性的殼聚糖(老師，這里殼聚糖只能用順丁烯二酸酐修飾)，制備方法參見:C.Zhong et al.Synthesis， characterizat1n and cytotoxicity of photo-crosslinkedmaleic chitosan - polyethylene glycol diacrylate hybrid hydrogels.ActaB1materialia.6(2010):3908 - 3918，接枝率為10?50%，粘均分子量在4萬?10萬。
[0014]一種制備上述的用于組織工程的聚氨基酸基多孔微凝膠材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下:
a.將上述的聚氨基酸或聚氨基酸和殼聚糖的混合物溶于水溶液中配制成濃度為2%_6%溶液，作為水相，再加入水溶性氧化還原體系作為引發(fā)劑，引發(fā)劑的用量為兩組分重量的1-10% ；
b.將步驟a所得水相加入到spanSO的二氯甲烷溶液中，攪拌形成穩(wěn)定乳液滴；其中span80與水相體積比為:0.1-0.5之間；再經(jīng)冷凍、干燥后用無水乙醇分散，得分散液；
c.在惰性氣氛保護下，在步驟b所得分散液中加入引發(fā)劑，反應(yīng)10-24h后，先用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，冷凍干燥，得到多孔微凝膠。
[0015]上述的水溶性氧化還原體系為:過硫酸銨或過硫酸鉀和四甲基乙二胺。
[0016]本發(fā)明的主要優(yōu)點在于:首次提出以聚氨基酸材料構(gòu)建多孔微凝膠。多孔微凝膠能負(fù)載大量細胞，具有良好的細胞相容性和組織相容性。此外多孔微凝膠具備的可逆溶脹性和刺激響應(yīng)性使得多孔微凝膠能夠更好、更快的響應(yīng)體內(nèi)不同組織環(huán)境，從而達到較好的缺損組織修復(fù)目的。
【附圖說明】
[0017]圖1為多孔微凝膠鎢燈絲掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0018]以下為本發(fā)明具體實施例，詳細闡述本發(fā)明方案。
[0019]實施例一:聚氨基酸基多孔微凝膠制備I
用NaOH水溶液分別溶解0.02g用甲基丙烯酸羥乙酯修飾的聚谷氨酸(接枝率在10-50%)，待完全溶解后，加入0.1-1 ml濃度為0.1-1 %的過硫酸錢水溶液，將兩組分混勻配制成水相，將水相倒入含有二氯甲烷和spanSO的反應(yīng)器中，開始攪拌，形成乳液滴后，放入冰箱，將二氯甲烷倒出，然后冷凍干燥，將得到的產(chǎn)物分散于無水乙醇中，在氮氣條件下，加入0.5-2mL的四甲基乙二胺，反應(yīng)2h，過篩，收集100-300mm范圍的微凝膠，先用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，冷凍干燥，得到多孔微凝膠。平均孔徑為24mm，孔隙率為87%。
[0020]實施例二:聚氨基酸基多孔微凝膠制備II
用NaOH水溶液分別溶解0.03g用甲基丙烯酸羥乙酯修飾的聚谷氨酸(接枝率在10-50%)，待完全溶解后，加入0.1-1 ml濃度為0.1-1 %的過硫酸錢水溶液，將兩組分混勻配制成水相，將水相倒入含有二氯甲烷和spanSO的反應(yīng)器中，開始攪拌，形成乳液滴后，放入冰箱，將二氯甲烷倒出，然后冷凍干燥，將得到的產(chǎn)物分散于無水乙醇中，在氮氣條件下，加入0.5-2mL的四甲基乙二胺，反應(yīng)2h，過篩，收集100-300mm范圍的微凝膠，先用無水乙醇洗滌，再用水洗滌，冷凍干燥，得到多孔微凝膠。平均孔徑為29_，孔隙率為86%。
[0021]實施例三:聚氨基酸基多孔微凝膠制備III
用NaOH水溶液分別溶解0.04g用甲基丙烯酸羥乙酯修飾的聚谷氨酸(接枝率在10-50%)和0.005g用順丁烯二酸酐修飾的殼聚糖(接枝率在10-50%)，待完全溶解后，將兩組分混勻，并加入0.1-1 ml濃度為0.1-1%的過硫酸銨水溶液，將三組分混勻配制成水相，將水相倒入含有二氯甲烷和spanSO的反應(yīng)器中，開始攪拌，形成乳液滴后，放入冰箱，將二氯甲烷倒出，然后冷凍干燥，將得到的產(chǎn)物分散于無水乙醇中，在氮氣