[发明专利]一种可逆可调控双功能水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种可逆可调控双功能水凝胶及其制备方法与应用，属于高分子材料技术领域。本发明的可逆可调控双功能水凝胶包括ε‑聚赖氨酸烯丙基甲氧基聚乙二醇硫醚、巯基修饰的透明质酸和水溶性光引发剂；所述ε‑聚赖氨酸烯丙基甲氧基聚乙二醇硫醚的结构式如式Ⅰ所示，式中，n和m均为整数，0＜n≤200，15≤m≤20。该双功能水凝胶具有低溶胀率，结构稳定，细胞相容性良好，可通过紫外光可逆调控凝胶力学性能和带有巯基的信号分子的结合和释放，能够作为可降解水凝胶、3D细胞培养平台和信号分子的结合和释放平台应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可逆可调控双功能水凝胶及其制备方法与应用，尤其涉及该可逆可调控双功能水凝胶作为可降解水凝胶、3D细胞平台和信号分子的结合和释放的培养平台的应用。

背景技术

水凝胶是一类内部含有大量水的三维网络，它一般由亲水聚合物通过化学交联或物理交联形成。由于其理化性质和人体细胞外基质性质接近(高含水量低表面张力等)，与人体组织接触表现出良好的生物相容性，因此其在组织工程，细胞培养平台，及伤口敷料等生物医学领域中广泛应用。

水凝胶3D细胞培养平台一般具有高水含量、稳定的3D空间支撑、合适的机械强度，可为细胞提供气体交换和排出废物等基础功能。随着化学和材料科学的发展，很多可以模拟生理环境的具有细胞外基质性质的水凝胶3D细胞培养平台被研究出来。传统研究主要集中于具有稳定理化性质的静态的和均一的材料作为细胞培养平台。这些细胞培养平台的研究证明了材料的理化性质是细胞在其中生长分化的重要影响因素，但是这些静态环境的模拟相对于体内动态环境是十分不足的。近年来刺激响应材料在生物材料领域广泛应用，人们通过外加条件的刺激可以按需动态调节材料的理化性质，很多研究证明了培养平台动态调节对细胞的生长分化具有显著影响。

自由基加成断裂链转移反应是一种可在生理环境下进行的低浓度自由基引发的链式反应，这个反应的一个重要特点是烯丙基硫醚结构中的双键在反应后能够等物质的量的生成。这一特性使得这种结构有潜力成为多功能调控凝胶的结构基础。然而现有的将这种结构应用于3D细胞培养平台的水凝胶材料仅能实现单因素的调控(Adv.Mater.2017,29,1605001；ACS Cent.Sci.2018,4,909-916)。

发明内容

本发明的目的是提供一种可逆可调控双功能水凝胶及其制备方法与应用，该双功能水凝胶具有低溶胀率，结构稳定，细胞相容性良好，可通过紫外光可逆调控凝胶力学性能和带有巯基的信号分子的结合和释放，能够作为可降解水凝胶、3D细胞培养平台和信号分子的结合和释放的培养平台应用。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明的一种可逆可调控双功能水凝胶，包括质量比为(0.003-15):(5-300):(5-200)的水溶性光引发剂、ε-聚赖氨酸烯丙基甲氧基聚乙二醇硫醚和巯基修饰的透明质酸

所述ε-聚赖氨酸烯丙基甲氧基聚乙二醇硫醚的结构式如式Ⅰ所示，式中，n和m均为整数，0＜n≤200，15≤m≤20；

优选的是，所述ε-聚赖氨酸烯丙基甲氧基聚乙二醇硫醚的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，将含有聚乙二醇单甲醚的四氢呋喃加入到氢氧化钠水溶液中，在惰性气氛保护，0℃下，边搅拌边加入含对甲基苯磺酰氯的四氢呋喃，0℃反应4h以上后，用乙醚萃取，得到第一中间体；

所述聚乙二醇单甲醚：对甲基苯磺酰氯：氢氧化钠的物质的量比为1：(1.01-10)：(1.01-10)；

步骤二、将第一中间体和硫脲溶于乙醇中，先在惰性气氛保护下80℃加热回流3h，然后加入氢氧化钠水溶液，继续在80℃回流4h，最后冷却到室温，旋蒸除去乙醇，加入稀盐酸中和，用二氯甲烷萃取，得到第二中间体；