CN115260531B - 一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，制备可光交联丝素蛋白和改性的可光交联明胶，并利用光引发剂溶液分别进行溶解，制备第一预聚物溶液和第二预聚物溶液，将第一预聚物溶液进行超声处理并放入模具中进行紫外光交联，生成内层凝胶，吸取第二预聚物溶液至内层凝胶上表面进行紫外光交联，生成外层凝胶，得到双层水凝胶片，将双层水凝胶片脱模并切割，利用PBS溶液浸没处理，得到可自卷曲双层水凝胶片，该方法通过制备内层凝胶和外层凝胶，构建双层自卷曲水凝胶体系，通过改性的可光交联明胶为体系提供细胞粘附以及降解位点，维持装载在自卷曲凝胶中的细胞的活性及正常生长。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，尤其涉及一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法。
背景技术
自变形水凝胶作为当前生物医学工程中最重要的智能材料之一，可以将各种外部刺激转化成可控可逆的形变，水凝胶是由亲水的高分子化合物通过物理或者化学方法制得，能在溶液中溶胀且长时间保持水分的三维网络聚合物，水凝胶预聚物溶液可以均匀包裹细胞或者药物，进而实现细胞或者药物的三维装载及输送，部分凝胶具有优良的可注射性，可以实现组织的原位再生及重建等。
但传统溶胀驱动型自卷曲凝胶需要两种不同预聚物，分别用于构建惰性层和活性层，利用惰性层和活性层之间的溶胀度差异使得凝胶产生卷曲应力，其中溶胀度较小的惰性层的存在会限制细胞的生长和增殖，阻碍营养物质与代谢废物的交换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，旨在解决传统溶胀驱动型自卷曲凝胶中溶胀度较小的惰性层，会限制细胞的生长和增殖的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，包括以下步骤：
制备可光交联丝素蛋白和改性的可光交联明胶；
利用光引发剂溶液分别溶解所述可光交联丝素蛋白、所述改性的可光交联明胶，将溶解后的溶液按体积1：1混合均匀后得到第一预聚物溶液和第二预聚物溶液；
将所述第一预聚物溶液进行超声处理，并将处理后的所述第一预聚物溶液放入模具中进行紫外光交联，生成内层凝胶；
吸取所述第二预聚物溶液至所述内层凝胶上表面进行紫外光交联，生成外层凝胶，得到双层水凝胶片；
将所述双层水凝胶片进行脱模操作，并将脱模后的所述双层水凝胶片切割，切割完成后的所述双层水凝胶片利用PBS溶液浸没处理，得到可自卷曲双层水凝胶片。
其中，所述光引发剂溶液的质量浓度为0.002g/mL，所述第一预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL，所述第二预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL。
其中，所述可光交联丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白，所述改性的可光交联明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶。
其中，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂，质量浓度为0.002g/mL。
其中，所述紫外光交联操作用紫外光光源波长为365nm，紫外点光源的功率为8.0mW/cm2。
本发明的一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，制备可光交联丝素蛋白和改性的可光交联明胶；利用光引发剂溶液分别溶解所述可光交联丝素蛋白和所述改性的可光交联明胶，制备第一预聚物溶液和第二预聚物溶液；先将所述第一预聚物溶液进行超声处理，并将处理后的所述第一预聚物溶液放入模具中进行紫外光交联，生成内层凝胶；吸取所述第二预聚物溶液至所述内层凝胶上表面进行紫外光交联，生成外层凝胶，得到双层水凝胶片；将所述双层水凝胶片进行脱模操作，并将脱模后的所述双层水凝胶片切割，切割完成后的所述双层水凝胶片利用PBS溶液浸没处理，得到可自卷曲双层水凝胶片，该方法通过向所述可光交联丝素蛋白溶液中引入所述改性的可光交联明胶溶液，先通过“超声-紫外光交联”处理，制备所述内层凝胶，再在其上面利用相同的预聚物通过单一的紫外光交联制备出所述外层凝胶，构建出双层自卷曲水凝胶体系，两层之间通过紫外光诱导自由基聚合使其紧密贴合，由于内外两层的预聚物种类和含量相同，避免了传统溶胀驱动型自卷曲凝胶需要两种不同预聚物的问题，与此同时，体系中的所述改性的可光交联明胶可以为体系提供细胞粘附以及降解位点，从而维持装载在自卷曲凝胶中的细胞的活性及正常生长。这种通过超声对均匀混合的预聚物溶液进行引导，促进丝素蛋白构象的转变，为自卷曲提供内应力和物理交联位点，使得整个体系在生理条件下即可产生自卷曲并最终形成多层管状结构，解决传统溶胀驱动型自卷曲凝胶中溶胀度较小的惰性层，会限制细胞的生长和增殖的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的双层自卷曲凝胶的制备流程示意图。
图2为根据本发明制备的双层水凝胶在PBS溶液中卷曲前与24h卷曲后的图片。
图3是双层自卷曲水凝胶横切面在显微镜下观察的图片。
图4为双层自卷曲水凝胶内外层用不同染剂染色后在荧光显微镜下观察到的图片。
图5是本发明提供的一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图5，本发明提供一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，包括以下步骤：
S1制备可光交联丝素蛋白和改性的可光交联明胶；
具体的，所述改性丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白，所述改性明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶。
制备所述改性丝素蛋白的具体步骤：
将4g脱胶蚕丝完全溶解于21g溴化锂溶液(25mL去离子水)中，放在60℃恒温箱至澄清透明后取出。缓慢滴加1.5mL GMA溶液，并在60℃下(水浴加热)以300rpm的速度旋转3h。随后，将所得溶液过滤，倒入截留分子量8-14kDa透析袋中透析4天，每天多次更换去离子水。最后，将甲基丙烯酸酯化的所述可光交联丝素蛋白溶液在-80℃下冷冻12h，随后冷冻干燥24h，将其储存在-80℃以便进一步使用，最终得到具有紫外光敏感性的所述可光交联丝素蛋白(SilMA)，将其密封储存在-80℃冰箱中以便进一步使用。
所述改性的可光交联明胶的具体制备步骤：
称取5gA型明胶溶解于50mLPBS中，用恒温磁力搅拌器在50℃下匀速搅拌，溶解完全后，缓慢滴入5mL的甲基丙烯酸酐溶液。滴加完成之后保持一定转速在50℃下反应3小时，最后加入100mLPBS溶液稀释，将稀释好的溶液放入到截留分子量为8-14kDa的透析袋中，使用去离子水在60℃下透析6天，每天多次更换去离子水，透析完成后将所得的改性明胶溶液在-80℃下冷冻12h，随后冷冻干燥24h，最终得到具有紫外光敏感性的所述改性的可光交联明胶，将其储存在真空干燥器中以便进一步使用。
S2利用光引发剂溶液分别溶解所述可光交联丝素蛋白和所述改性的可光交联明胶，得到第一预聚物溶液和第二预聚物溶液；
具体的，所述光引发剂溶液的质量浓度为0.002g/mL，所述第一预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL，所述第二预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂，质量浓度为0.002g/mL，将所述改性丝素蛋白、所述改性明胶分别用所述光引发剂溶液溶解，按体积1：1比例混合后并标记为溶液A和溶液B，将溶液A在常温条件下混合均匀以形成均匀所述第一预聚物溶液，在溶液B中，所述改性丝素蛋白和所述改性明胶按比例混合并在常温条件下混合均匀形成均匀所述第二预聚物溶液。
S3将所述第一预聚物溶液进行超声处理，并将处理后的所述第一预聚物溶液放入模具中进行紫外光交联，生成内层凝胶；
具体的，移取500μL所述第一预聚物溶液至超声波处理器(设置强度幅度为40％)下，超声处理20s，随后移取240μL注入PDMS模具(22.9mm×27.3mm×3.4mm(长×宽×高))中，紫外光交联10s后以形成所述内层凝胶，所述紫外光交联操作用紫外光光源波长为365nm，紫外点光源的功率为8.0mW/cm2。
S4吸取所述第二预聚物溶液至所述内层凝胶上表面进行紫外光交联，生成外层凝胶，得到双层水凝胶片；
具体的，吸取240μL所述第二预聚物溶液至所述内层凝胶上表面中并进行紫外光交联10s得外层凝胶。
S5将所述双层水凝胶片进行脱模操作，并将脱模后的所述双层水凝胶片切割，切割完成后的所述双层水凝胶片利用PBS溶液浸没处理，得到可自卷曲双层水凝胶片。
具体的，将制备而成的所述双层水凝胶贴片从PDMS模具中脱模，用锋利的刀片裁剪出周围厚度不均匀的凝胶材料并将双层水凝胶贴片切割成15×13mm大小的矩形，随后，倒少量的常温PBS溶液于双层水凝胶贴片上，让其浸没在PBS溶液中30s，随后，从溶液中剥离出双层水凝胶贴片，置于37℃PBS溶液中24h后得到所述自卷曲的双层水凝胶贴片。
该所述自卷曲的双层水凝胶贴片应用于组织工程血管支架材料中。
本发明的有益效果在于：通过向甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白溶液中引入甲基丙烯酸酐改性的明胶溶液，先通过“超声-紫外光交联”处理，制备所述内层凝胶，再在其上面利用相同的预聚物通过单一的紫外光交联制备出所述外层凝胶，构建出双层自卷曲水凝胶体系，两层之间通过紫外光诱导自由基聚合使其紧密贴合，由于内外两层的预聚物种类和含量相同，避免了传统溶胀驱动型自卷曲凝胶需要两种不同预聚物的问题，与此同时，体系中的所述改性的可光交联明胶可以为体系提供细胞粘附以及降解位点，从而维持装载在自卷曲凝胶中的细胞的活性及正常生长。这种通过超声对均匀混合的预聚物溶液进行引导，促进丝素蛋白构象的转变，为自卷曲提供内应力和物理交联位点，使得整个体系在生理条件下即可产生自卷曲并最终形成多层管状结构，对组织工程支架材料构建出具有多层次多细胞空间分布的卷曲体系的设计与制备具有意义和参考价值。
以上所揭露的仅为本发明一种专利名称较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备可光交联丝素蛋白和改性的可光交联明胶，所述可光交联丝素蛋白为使用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的丝素蛋白，所述改性的可光交联明胶为使用甲基丙烯酸酐进行改性的明胶；
利用光引发剂溶液分别溶解所述可光交联丝素蛋白、所述改性的可光交联明胶，将溶解后的溶液按体积1：1混合均匀后得到第一预聚物溶液和第二预聚物溶液；
将所述第一预聚物溶液进行超声处理，并将处理后的所述第一预聚物溶液放入模具中进行紫外光交联，生成内层凝胶；
吸取所述第二预聚物溶液至所述内层凝胶上表面进行紫外光交联，生成外层凝胶，得到双层水凝胶片；
将所述双层水凝胶片进行脱模操作，并将脱模后的所述双层水凝胶片切割，切割完成后的所述双层水凝胶片利用PBS溶液浸没处理，得到可自卷曲双层水凝胶片。
2.如权利要求1所述的一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，其特征在于，
所述光引发剂溶液的质量浓度为0.002g/mL，所述第一预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL，所述第二预聚物溶液的总质量浓度为0.2g/mL。
3.如权利要求1所述的一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，其特征在于，
所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂，质量浓度为0.002g/mL。
4.如权利要求1所述的一种可自卷曲双层水凝胶片的制备方法，其特征在于，
所述紫外光交联操作用紫外光光源波长为365nm，紫外点光源的功率为8.0mW/cm2。
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