[发明专利]用于一类细胞培养和脱附的纳米凝胶支架材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物学技术领域，具体是一种用于一类细胞培养和脱附的纳米凝胶支架材料及制备方法。

背景技术

随着生命科学、材料学、工程学的发展，出现了组织工程这一跨学科的交叉领域。组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的复合体，形成具有生命力的活体组织，对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代；用最少的组织细胞通过在体外培养扩增后，进行大块组织缺损的修复；可按组织器官缺损情况任意塑形，达到完美的形态修复。

最早的组织工程支架材料是天然基质材料，如胶原、纤维蛋白、天然多糖、海藻酸盐、透明质酸、壳聚糖等。它们有良好的生物相容性，但天然材料受大规模生产的限制，并且材料自身因素(免疫原性、病原体传播、降解速度)控制困难。之后合成高分子聚合物迅速发展，成为主要的组织工程用细胞培养支架材料。合成聚合物支架材料有良好的力学性能，材料的微结构、降解速度都能预先设计和调控，易于大批量生产。但聚合物支架材料所形成的微观孔径尺寸不能满足细胞正常生长所需的微观环境，导致支架材料与细胞间缺乏生物性相互作用。

近年来，人们发现一类新型材料低分子量凝胶支架材料具备许多天然与合成聚合物支架材料不具备的优异性能，使其备受关注。低分子量凝胶支架材料是一种新型超分子材料，将少量的(0.1wt％～10wt％)的低分子量凝胶因子(分子量≤2000)溶于溶剂中，当体系温度达到凝胶形成温度(T_gel)以上时，它们可以通过非共价键作用，如π-π堆积、库仑力、氢键、疏溶作用、偶极作用发生自组装，在一维方向上形成较长的纤维状、带状、管状或螺旋状结构。这些较长的结构再通过机械缠绕或相互迭搭形成空间三维网络结构，将溶剂等分散介质捕获在这种空间结构中。低分子凝胶支架材料的尺寸比聚合物支架材料小，能够满足细胞生长所需空间，并且所形成三维细胞培养环境的含水量极高(＞99％)，非常适宜细胞培养。由于其分子量凝胶支架材料是用非共价键连接，因此材料的可降解性也优于聚合物材料。并且由于非共价键对外界环境刺激非常敏感，因此微小的环境改变会导致支架材料结构的变化，进而诱导已粘附于支架材料上的细胞行为发生变化。

发明内容

针对现有天然与合成聚合物细胞培养支架材料的不足，本发明要解决的技术问题是提高一类新型细胞培养和诱导细胞脱附用的智能低分子量凝胶支架材料及其制备方法。该智能低分子量凝胶具有良好的pH敏感性、生物相容性和细胞亲和性，用于细胞培养和细胞脱附时，使用简单方便，并可避免传统的酶解法和通过大范围温度改变分离细胞造成的细胞功能损伤等特点。该智能凝胶制备方法简单，对合成设备没有特殊要求，工业化实施容易，使用简单，成本低廉。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

一种用于一类细胞培养和脱附的纳米凝胶支架材料，由低分子量凝胶因子G1和G2自组装形成；

所述低分子量凝胶因子的结构式为：

其中：当时，所述低分子量凝胶因子为G1；当时，所述低分子量凝胶因子为G2。

一种用于一类细胞培养和脱附的纳米凝胶支架材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别取1，4-环己烷二甲酸、L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐、组胺、B0C-L-赖氨酸、N，N′-羰基二咪唑、无水1-羟基-苯并-三氮唑、二氯亚砜、三氟乙酸、三乙胺；

步骤2，将1，4-环己烷二甲酸溶于二氯亚砜中搅拌反应；

步骤3，将步骤2所得反应液旋转蒸发后，真空干燥得1，4-环己烷二酰氯；

步骤4，将L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐的无水二氯甲烷溶液冷却，加入三乙胺，再加入1，4-环己烷二酰氯的无水二氯甲烷溶液，得反应溶液，将反应溶液缓慢升至室温并搅拌；

步骤5，旋转蒸发反应液，加入去离子水，过滤收集沉淀，所得沉淀用乙醇重结晶，过滤并于烘箱中干燥，得产物1，4-环己烷苯丙氨酸甲酯；

步骤6，向1，4-环己烷苯丙氨酸甲酯的甲醇溶液中加入2M氢氧化钠溶液，反应混合物在室温下搅拌反应，用3M盐酸溶液将反应液pH值调至小于3，过滤收集所生成沉淀并真空干燥，得到中间体1，4-环己烷苯丙氨酸；

步骤7，将中间体1，4-环己烷苯丙氨酸、酰化催化剂N，N′-羰基二咪唑、无水1-羟基-苯并-三氮唑溶于二甲基亚砜中，并加入三乙胺，在室温下搅拌活化，活化后将组胺加入上述反应液中进行酰胺化反应；

步骤8，将步骤7所得反应液倒入去离子水中，得到凝胶状白色沉淀，过滤收集所生成沉淀并真空干燥，得到低分子量凝胶因子G1；