CN110746548B - 一种制备细胞支架的水凝胶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备细胞支架的水凝胶,该水凝胶按重量比由该水凝胶由不饱和聚酯、不饱和聚酯重量1~2倍的平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯、不饱和聚酯重量2~4倍的甲基丙烯酸酯和不饱和聚酯重量0.1~0.5倍的光引发剂组成,其中,所述的不饱和聚酯由聚乙二醇单甲醚引发,丁二酸酐,丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚开环聚合得到。本发明所述的水凝胶光固化后得到的细胞支架,具有良好的亲水性,促进细胞附着和增值的效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及以其功能或物理性质为特征的假体材料,具体涉及高分子水凝胶,该水凝胶适用于制备细胞支架。
背景技术
水凝胶是亲水的聚合物网络,它能够吸收大量的水分,但由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中,可以溶胀且保持一定的形状。水凝胶具有良好的生物相容性、亲水性、水渗透性,而且通过人工合成可得到不同微观结构和性能的水凝胶材料。由于水凝胶材料含水量高、柔软、具有橡胶般的粘弹性、良好的生物相容性及众多其他的物理化学特性,在药物传递、伤口敷料、组织修复、细胞培养及体内植入材料等领域得到了广泛的研究与应用。
细胞支架为细胞增殖提供养分,进行气体交换,排出废物,为细胞增殖、繁衍提供场所的重要作用。因此,细胞支架不但必须具有对细胞良好的亲和性,使细胞能在其上生长和繁殖;同时必须具有生物降解性,保证在生理和机体的环境下支架材料能自动降解、由大分子变成小分子,并最终被机体代谢或吸收。从临床实用要求考虑,细胞支架必须具有一定的柔韧性、能同机体组织相缝合和能同机体组织相贴合,能经受手术操作而不破碎、并不对机体组织造成机械损伤的力学性能。因此细胞支架必须同时满足生物相容性、细胞亲和性、生物降解性、以及力学性能和形态结构等性能要求。
聚乙二醇嵌段修饰聚酯是一种生物医用价值和潜力十分巨大的可降解高分子材料,具有良好的生物相容性,广泛应用在药物载体、细胞培养支架和手术辅助材料等领域。陈昌(RSC Advances,2014,4:8789)等合成了聚乙二醇聚乳酸嵌段共聚物,通过升温制备热致水凝胶,将其应用为药物载体。但是聚乙二醇修饰聚酯通过体系升温形成的热致水凝胶,。该水凝胶是通过分子间相互作用力物理交联形成,对外界环境刺激比较敏感,溶胀性能较差,稳定性不能满足要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备细胞支架的水凝胶,该水凝胶光固化制得的细胞支架,具有优异的亲水性,促进细胞附着和增值的效果显著。
本发明解决上述问题的技术方案是:
一种制备细胞支架的水凝胶,该水凝胶按重量比由不饱和聚酯、不饱和聚酯重量1~2倍的平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯、不饱和聚酯重量2~4倍的甲基丙烯酸酯和不饱和聚酯重量0.1~0.5倍的光引发剂组成;其中,
所述的不饱和聚酯由以下方法制成:将分子量为4000的聚乙二醇单甲醚、丁二酸酐、丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚和醋酸锌加入DMF中,氮气保护下升温至80~100℃开环聚合反应5~10h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀即得所述不饱和聚酯;其中,所述丁二酸酐的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~60倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~60倍,且所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的摩尔数之比为1︰3~3︰1;所述丁二酸酐的加入量与所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和相等;所述醋酸锌的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的0.2~0.5倍;
所述的甲基丙烯酸酯为平均分子量为475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯或/和甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯;
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的一种或两种以上。
上述方案中,所述聚乙二醇单甲醚的CAS登录号为9004-74-4。
上述方案中,所述聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯的CAS登录号为26915-72-0。
上述方案中,所述丁二酸酐的加入量优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~50倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~50倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的摩尔数之比优选1︰2~2︰1;所述醋酸锌的加入量优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的0.4倍。
更进一步地,所述丁二酸酐的加入量优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的40倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的40倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的摩尔数之比优选1︰1;所述醋酸锌的加入量优选为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的0.4倍。
上述方案中,所述开关聚合反应的温度优选90℃,时间优选8h。
本发明所述的水凝胶由以下方法制成:将所述的不饱和聚酯、平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和和光引发剂混合均匀,即得。
本发明所述的水凝胶光固化的条件为:光波的波长为395nm,强度为300mW/cm2。
本发明所述的水凝胶,具有良好的亲水性,生物相容性和可生物降解性能,可以制备三维细胞支架。
上述三维细胞支架可由以下方法制成:将所述的水凝胶加入模具中,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照固化即得。
本发明所述的水凝胶中含有聚乙二醇嵌段改性不饱和聚酯。该不饱和聚酯主链嵌段连接平均分子量为4000的聚二乙醇,赋予了不饱和聚酯良好的亲水性,生物相容性及可降解性能;同时侧链连接不饱和双键,赋予不饱和聚酯化学反应活性,可以在光引发剂作用下,与其他含不饱和双键的组份进行光固化反应形成网状结构,所制备出的三维细胞支架具有较好的弹性模量和溶胀性能,而且细胞毒性低,生物相容性好,细胞亲和性高,可促进细胞附着和增值。
具体实施方式
下面用具体实施例来进一步详细描述本发明的制备方法及其效果。
实施例1
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚(CAS:9004-74-4),4g(0.04mol)丁二酸酐,2.6g(0.02mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和43.8mg(0.2mmol)醋酸锌加入10mL DMF中,氮气保护下升温至100℃开环聚合反应10h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3268,2966,2122,1844,1579,1168,1099,937,752cm-1。3268处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2966cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1844cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1579cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1168对应酯中醚键的伸缩振动峰,1099cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯2g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯3g,甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯3g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.1g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得所述的水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照3min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
1.溶胀性能
取完全成型的细胞支架样品,切成8mm*8mm*2mm的长方体小块,冷冻干燥得到固体,精确称重,得到Wo;然后将支架溶胀于足量蒸馏水中,置于37℃恒温水浴中,每24h取出样品,用滤纸拭干表面水分后称重,称重至恒重We,按下式计算细胞支架的溶胀度。溶胀度=We/W0。
经检测制备的细胞支架的溶胀度为2686%
2.细胞支架的孔隙率通常采用排水法测定。
测量方法:首先用微量分析天平测量支架材料的干重,得到值m1;将材料置于盛放双蒸水的容器中,用空气泵经几个真空-压力循环后抽尽容器尤其是材料孔隙内的空气,使蒸馏水完全浸入材料孔隙中;大约10分钟后将材料取出,再次置于微量分析天平上称得其湿重m2;则该支架材料的孔隙率(Porosity,P)计算公式如下:(m2-m1)/m1
经检测制备的细胞支架的孔隙率为47%。
3.机械性能测试
使用万能力学试验机(美国Instron公司,型号5960)测试细胞支架抗压强度和压缩模量,压缩速率为0.5mm/min,保持恒定。测试前保证支架上下表面平整,支架没有弯曲变形,使用游标卡尺量取支架的外形尺寸,每组测试5个平行样。
经检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.6mPa,弹性模量达到1.8Mpa。
4.稳定性实验
取完全成型的细胞支架样品,切成8mm*8mm*2mm的长方体小块,冷冻干燥得到固体,精确称重,得到Wo;然后将支架分别加入足量的pH为5.0的磷酸缓冲溶液、pH为9.0的硼酸/氯化钾缓冲溶液,0.1M的过氧化氢水溶液,0.1M的半胱氨酸溶液,0.1M的亚硫酸氢钠溶液,室温条件下浸泡24h后,取出支架,蒸馏水冲洗三次冷冻干燥得到固体,精确称重,得到W1
稳定性=W1/W0
表1实施例1制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
5.细胞增殖实验
将完全成型的细胞支架样品真空干燥24h后,浸泡在完全培养基中使其彻底溶胀,避免在与细胞共培养过程中吸收培养液影响细胞活性。根据ISO 10993-12的要求,将样品制备成半径为2.5mm,高1mm的圆柱体,面积为24孔培养板单个孔底面面积的十分之一。
采用CCK-8方法测定细胞支架对细胞增殖的影响。CCK-8试剂可用于简便而准确的细胞增殖分析。其原理是该试剂中含有WST-8(化学名为2-(2-甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺酸苯-2H-四唑单钠盐)),它在电子载体1-甲氧基-5-甲基吩嗪鎓硫酸二甲酯的作用下被细胞中的脱氢酶还原为具有高度水溶性的黄色formazan。细胞增殖越多越快,则颜色越深;对于同样的细胞,颜色的深浅(生成的formazan量)和细胞数目呈线性关系。利用酶标仪(SYNERGY HTX,BioTek美国)测定溶液的450nm处的吸光度(OD值),OD值的越大代表细胞的增殖能力越强,细胞活性也越强。
取对数培养的小鼠成纤维细胞L929准备细胞悬液。以每孔10万的密度接种至细胞支架表面,于24孔板中培养,每组样品设三个孔,在1天、3天、5天的时间点取出,吸出培养基,每孔加入300uL含1%CCK-8培养液,培养箱中放置2小时后取出,将各孔所得的培养液吸出100uL至96孔板中,最后在酶标仪上测量450nm处的OD值。为增加检测数据的准确,设定空白对照。在不含细胞的培养基中加入CCK8,培养相同时间,测定450nm的吸光度即为空白对照。检测得到空白对照的OD值为0.014±0.002.
表2为将小鼠成纤维细胞L929种实施例1制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况,OD值在2.0以内,值越大代表细胞数量越多。
表2实施例1样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.321±0.014 | 0.834±0.031 | 1.614±0.022 |
细胞和支架一起培养1,3,5天后,OD值远远大于空白对照组的OD值,具有显著差异。首先,细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
6.血液相容性检测
参照中国卫生部《生物材料和医疗器材生物学评价技术要求》附件五:溶血实验。在离心管中分别加入3mL含细胞支架的水溶液,37℃的恒温培养箱中保温30min,加入事先预热的稀释的抗凝血0.06mL,轻轻混匀,37℃继续保温1h。离心(850rpm,5min),测定上清液OD540nm吸光度值。实验重复3次,取平均值记为Dsample。阴性(nc)对照组加入0.9%生理盐水注射液3mL,设3个平行样。阳性(pc)对照组加入蒸馏水3mL,设3个平行样。样品的溶血率(Haemolysisrate,HR)按照下列公式计算。
HR%=(Dsample-Dnc)/(Dpc-Dnc)
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.93%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例2
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,5g(0.05mol)丁二酸酐,2.6g(0.02mol)辛基缩水甘油醚,3.42g(0.03mol)烯丙基缩水甘油醚和109.5mg(0.5mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3306,2841,2098,1641,1512,1142,1007,968,716cm-1。3306处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2841cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1641cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1512cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1142对应酯中醚键的伸缩振动峰,1007cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯3g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯2.5g,甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯1.5g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.3g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.6g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2766%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为52%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.8mPa,弹性模量达到1.2Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表3所示。
表3实施例2制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表4为将小鼠成纤维细胞L929种实施例2制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表4实施例2样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.331±0.010 | 0.807±0.021 | 1.624±0.031 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.86%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例3
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,3g(0.03mol)丁二酸酐,1.3g(0.01mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和87.6mg(0.4mmol)醋酸锌加入15mLDMF中,氮气保护下升温至85℃开环聚合反应6h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3157,2789,2016,1783,1657,1220,1185,1065,802cm-1。3157处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2789cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1783cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1657cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1220对应酯中醚键的伸缩振动峰,11185cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯2.8g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯8g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.1g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.3g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2816%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为44%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.3mPa,弹性模量达到1.2Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表3所示。
表5实施例3制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表6为将小鼠成纤维细胞L929种实施例2制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表6实施例3样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.311±0.012 | 0.821±0.013 | 1.664±0.044 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.84%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例4
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,6g(0.06mol)丁二酸酐,5.2g(0.04mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和65.7mg(0.3mmol)醋酸锌加入15mLDMF中,氮气保护下升温至80℃开环聚合反应10h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3173,2851,2241,1736,1612,1210,1010,922,741cm-1。3173处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2851cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1736cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1612cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1210对应酯中醚键的伸缩振动峰,1010cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯2g,甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯4g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.3g;
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为1267%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为39%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到4.8mPa,弹性模量达到2.75Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表3所示。
表7实施例4制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表8为将小鼠成纤维细胞L929种实施例2制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表8实施例4样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.324±0.021 | 0.866±0.021 | 1.637±0.024 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为1.08%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例5
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,4g(0.04mol)丁二酸酐,3.9g(0.03mol)辛基缩水甘油醚,1.14g(0.01mol)烯丙基缩水甘油醚和87.6mg(0.4mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至85℃开环聚合反应7h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3307,2855,2061,1729,1608,1108,1051,977,738cm-1。3307处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2855cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1729cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1608cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1108对应酯中醚键的伸缩振动峰,1051cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯3.8g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯2g,甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯3.6g,2-甲基-2-(4-吗啉
基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.4g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.4g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为3148%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为52%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.4mPa,弹性模量达到1.1Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表3所示。
表9实施例5制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表10为将小鼠成纤维细胞L929种实施例2制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表10实施例5样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.333±0.08 | 0.861±0.025 | 1.641±0.037 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.76%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例6
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,4g(0.04mol)丁二酸酐,1.3g(0.01mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.03mol)烯丙基缩水甘油醚和43.8mg(0.2mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至100℃开环聚合反应10h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3155,2703,2000,1750,1599,1183,1079,921,733cm-1。3155处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2703cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1750cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1599cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1183对应酯中醚键的伸缩振动峰,1079cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯2.4g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯5.5g,甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯1.5g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.6g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.4g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2855%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为47%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.4mPa,弹性模量达到1.3Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表11所示。
表11实施例6制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表12为将小鼠成纤维细胞L929种实施例6制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表12实施例6样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.311±0.010 | 0.861±0.024 | 1.638±0.043 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.81%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例7
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,6g(0.06mol)丁二酸酐,2.6g(0.02mol)辛基缩水甘油醚,4.56g(0.04mol)烯丙基缩水甘油醚和131.4mg(0.6mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至100℃开环聚合反应5h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3211,2843,2051,1758,1607,1212,1154,982,777cm-1。3211处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,283cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1758cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1607cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1212对应酯中醚键的伸缩振动峰,1154cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯3g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯6.8g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.2g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.1g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.6g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2887%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为37%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.7mPa,弹性模量达到1.4Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表13所示。
表13实施例7制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表14为将小鼠成纤维细胞L929种实施例7制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表14实施例7样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.336±0.012 | 0.834±0.021 | 1.657±0.032 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.833%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例8
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,5g(0.05mol)丁二酸酐,3.25g(0.025mol)辛基缩水甘油醚,2.85g(0.025mol)烯丙基缩水甘油醚和87.6mg(0.4mmol)醋酸锌加入20mL DMF中,氮气保护下升温至90℃开环聚合反应6h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3124,2752,1987,1758,1603,1200,1182,989,692cm-1。3124处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2752cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1758cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1603cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1200对应酯中醚键的伸缩振动峰,1182cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯3.4g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯7.8g,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.6g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.2g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2786%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为42%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.2mPa,弹性模量达到1.1Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表15所示。
表15实施例6制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表16为将小鼠成纤维细胞L929种实施例8制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表16实施例8样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.315±0.010 | 0.862±0.027 | 1.637±0.024 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.84%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例9
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,4g(0.04mol)丁二酸酐,2.6g(0.02mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和87.6mg(0.4mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至95℃开环聚合反应7h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3157,2799,1989,1863,1503,1174,1007,912,703cm-1。3157处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2799cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1863cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1503cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1174对应酯中醚键的伸缩振动峰,1007cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯4g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯8g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.3g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.5g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2981%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为37%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.3mPa,弹性模量达到1.2Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表17所示。
表17实施例9制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表18为将人正常肠上皮细胞HIEC种实施例9制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表18实施例9样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.311±0.011 | 0.861±0.012 | 1.676±0.035 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.86%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
实施例10
(a)不饱和聚酯的制备
将4g(0.001mol)分子量为4000的聚乙二醇单甲醚,4g(0.04mol)丁二酸酐,2.6g(0.02mol)辛基缩水甘油醚,2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和87.6mg(0.4mmol)醋酸锌加入20mLDMF中,氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀得到。
上述得到的不饱和聚酯的红外光谱采用Shimadzu FTIR-8100红外光谱仪进行测定。检测发现其IR(v-1 ,KBr)为3119,2806,2002,1770,1607,1217,1108,910,724cm-1。3119处吸收峰对应烯丙基上的C-H伸缩振动峰,2806cm-1对应饱和C-H伸缩振动峰,1770cm-1对应酯键中羰基的伸缩振动峰,1607cm-1对应烯丙基的双键伸缩振动峰,1217对应酯中醚键的伸缩振动峰,1108cm-1对聚乙二醇中醚键的伸缩振动峰。因此,证明得到的聚酯含有聚乙二醇和烯丙基。
(b)制备水凝胶
原料组成:
步骤a制备的不饱和聚酯2g,平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯2g,475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯4g,2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.3g,(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦0.5g。
制备方法:
将上述原料混合均匀即得水凝胶。
将水凝胶加入模具,在波长为395nm的光强为300mW/cm2的LED灯下光照5min固化得到细胞支架。
(c)细胞支架性能检测
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的溶胀度为2765%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的孔隙率为46%。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的抗压强度达到2.4mPa,弹性模量达到1.1Mpa。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的稳定性,结果如表19所示。
表19实施例2制备支架的稳定性
由上表可以知道本发明制备的细胞支架在酸性、碱性、氧化或者还原条件下浸泡24小时后,其质量没有减少,显示出高稳定性。
依据实施例1所述方法检测制备的细胞支架的细胞增殖性能如下:
表20为将小鼠胚胎成纤维细胞3T3种实施例10制备的细胞支架上1天、3天和5天的增殖情况。
表20实施例10样品的细胞增殖性能
1天 | 3天 | 5天 | |
OD<sub>450nm</sub> | 0.322±0.012 | 0.872±0.027 | 1.664±0.034 |
细胞第一天便能在支架上较好地增殖说明支架无毒,具有良好的细胞活性,而且细胞数量能从第1天OD值0.3左右,3天时间内增殖到OD值在0.8以上,5天内OD值达到1.6以上,说明细胞增殖速度非常快。上述结果证明制备的细胞支架细胞毒性低,细胞可以在上面增值。
样品在1h观察时间内无溶血和凝聚发生,溶血率为0.91%<5%。说明细胞支架的血液相容性好,满足细胞支架对血液相容性的要求。
Claims (6)
1.一种制备细胞支架的水凝胶,该水凝胶按重量比由不饱和聚酯、不饱和聚酯重量1~2倍的平均分子量为400的聚乙二醇二丙烯酸酯、不饱和聚酯重量2~4倍的甲基丙烯酸酯和不饱和聚酯重量0.1~0.5倍的光引发剂组成;其中,
所述的不饱和聚酯由以下方法制成:将分子量为4000的聚乙二醇单甲醚、丁二酸酐、丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚和醋酸锌加入DMF中,氮气保护下升温至80~100℃开环聚合反应5~10h,降温至室温,加入冷乙醚中沉淀即得所述不饱和聚酯;其中,所述丁二酸酐的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~60倍;所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~60倍,且所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的摩尔数之比为1︰3~3︰1;所述丁二酸酐的加入量与所述丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和相等;所述醋酸锌的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的0.2~0.5倍;
所述的甲基丙烯酸酯为平均分子量为475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯或/和甲基丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯;
所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的一种或两种以上。
2.根据权利要求1所述的一种制备细胞支架的水凝胶,其特征在于,所述的丁二酸酐的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~50倍。
3.根据权利要求1所述的一种制备细胞支架的水凝胶,其特征在于,所述的丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的加入量之和为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的30~50倍。
4.权利要求1所述的一种制备细胞支架的水凝胶,其特征在于,所述的丁基缩水甘油醚和烯丙基缩水甘油醚的摩尔数之比为1︰2~2︰1。
5.根据权利要求1所述的一种制备细胞支架的水凝胶,其特征在于,所述的醋酸锌的加入量为所述聚乙二醇单甲醚摩尔数的0.4倍。
6.根据权利要求1~5之一所述的一种制备细胞支架的水凝胶,其特征在于,所述的开环聚合反应的温度为90℃,时间为8h。
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