一种超大孔水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于生物，具体涉及一种超大孔水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超大孔水凝胶被定义为内部孔径超过1微米的水凝胶，作为一种新型的生物医用材料，由于其结构及组成上和许多人体的组织器官等具有高度的相似性而受到了越来越多研究者的青睐，尤其是在组织再生，药物递送以及类器官构造等领域。在组织再生领域，通过负载细胞，药物或者细胞因子等，大孔水凝胶在结构及物理特性上与人体组织器官高度相似的特点可以给细胞提供力学支撑及生物化学信号，诱导细胞更好的修复受损组织，重建组织的结构与功能。在药物递送领域，大孔水凝胶可以贴片形式精准作用于患处，超大的孔径有利于细胞或者药物分子在患处快速释放，起到高效的治疗效果。另外在类器官领域，超大的孔结构以及仿生物理特性给细胞的增殖和分化提供了合适的环境，是用于类器官构建的理想支架材料。

2、目前常用于制备超大孔水凝胶的方法有冷冻干燥法，模板法，成孔剂法，然而这些方法所制备的超大孔水凝胶主要有两个缺点，一个是需要复杂的制备流程，过多的制备流程不利于商业化的大规模生产。另外，机械性能较差，超大孔结构在材料力学上属于结构缺陷，在外力作用下这些超大孔结构更容易导致材料的破坏。因此，改进超大孔水凝胶的制备方法，同时提高其力学性能，有助于超大孔水凝胶未来在生物医药领域的广泛应用。

3、公开号为cn112725327a的发明公开了一种细胞固定化载体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将海藻酸钠溶液和聚乙烯醇混合均匀，得到载体溶液；其中，所述海藻酸钠和所述聚乙烯醇的质量比为1∶2～10；向所述载体溶液中添加硅藻土，混合均匀，逐滴挤压所述凝胶混合液至持续搅拌状态的交联溶液中固化，形成凝珠，洗涤凝珠并于-25至-15℃温度下冷冻交联，解冻后即得到细胞固定化载体。海藻酸钠溶液和聚乙烯醇在交联剂作用下可以交联成凝胶。

4、公开号为cn103040727a发明提供了一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法。制备方法是：首先制备海藻酸钙水凝胶，然后将海藻酸钙水凝胶浸泡入一定浓度的磷酸三钠，磷酸氢二铵，硅酸钠，碳酸钠和草酸钠等无机盐溶液中溶胀一定时间，随后将溶胀后的海藻酸钙水凝胶浸泡入含一定浓度钙离子的药物和蛋白质水溶液中交联一定时间，得到药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。

5、然而，现有技术中并没有使用海藻酸钠和聚乙烯醇制备成超大孔水凝胶的报道。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种利用聚乙烯醇制备超大孔水凝胶的简便方法，本发明通过在海藻酸钠预溶液中加入聚乙烯醇，通过聚乙烯醇诱导海藻酸钠凝胶化过程中一步形成超大孔结构，并同时赋予凝胶较强的力学性能。

2、一种超大孔水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)分别配置海藻酸钠溶液、聚乙烯醇溶液和氯化钙溶液；

4、(2)将海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液混合获得聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液；

5、(3)向聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液中加入交联剂氯化钙溶液，交联获得聚乙烯醇和海藻酸钠复合的超大孔水凝胶，

6、其中，海藻酸钠溶液的浓度为4wt％，聚乙烯醇溶液的浓度为10wt％，海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液按体积比1∶1混合。

7、优选的，步骤(1)中，氯化钙溶液的浓度为0.5m，氯化钙溶液与聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液的体积比为3∶2。

8、优选的，步骤(3)中，加入氯化钙溶液之前，先去除聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液中的气泡。

9、优选的，步骤(3)中，交联过程为静置至少12h。

10、优选的，步骤(3)中，交联完成后将所得超大孔水凝胶浸泡超纯水以去除游离的钙离子。

11、优选的，所述超大孔水凝胶中孔径分布为100～900μm。

12、本发明又提供了所述制备方法制备的超大孔水凝胶。

13、本发明还提供了所述超大孔水凝胶在细胞培养中的应用，应用时将所述超大孔水凝胶浸泡在培养基中，然后将细胞注射到所述超大孔水凝胶内部的孔中进行细胞培养。

14、本发明还提供了一种细胞培养方法，使用所述超大孔水凝胶，将所述超大孔水凝胶浸泡在培养基中，然后将细胞注射到所述超大孔水凝胶内部的孔中进行细胞培养。

15、本发明选用海藻酸钠为凝胶的骨架材料，为材料提供必须的机械性能，在其中加入聚乙烯醇诱导相分离，形成由海藻酸钠聚集而成的高密度相和由聚乙烯醇形成的低密度相。交联的海藻酸钠紧密聚集而成的高密度相为骨架结构，游离的聚乙烯醇形成含大量水分的低密度相是为孔洞结构。

16、本发明通过简单快速的制备方法得到了内部具有高孔隙率(～85％)，大孔径(100微米～900微米)的超大孔海藻酸钠水凝胶，并且同时获得了优越的力学性能。本发明超大孔水凝胶可以用于细胞培养，并且有望在组织工程，药物递送，类器官构建等领域得到应用。

17、本发明在制备超大孔水凝胶时，需要在特定的海藻酸钠和聚乙烯醇的浓度及比例下，否则交联时无法有效得到水凝胶内部的大孔径的孔结构。

技术特征：

1.一种超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氯化钙溶液的浓度为0.5m，氯化钙溶液与聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液的体积比为3：2。

3.根据权利要求1所述超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入氯化钙溶液之前，先去除聚乙烯醇/海藻酸钠混合溶液中的气泡。

4.根据权利要求1所述超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，交联过程为静置至少12h。

5.根据权利要求1所述超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，交联完成后将所得超大孔水凝胶浸泡超纯水以去除游离的钙离子。

6.根据权利要求1所述超大孔水凝胶的制备方法，其特征在于，所述超大孔水凝胶中孔径分布为100～900μrm。

7.权利要求1～6所述制备方法制备的超大孔水凝胶。

8.权利要求7所述超大孔水凝胶在细胞培养中的应用，其特征在于，应用时将所述超大孔水凝胶浸泡在培养基中，然后将细胞注射到所述超大孔水凝胶内部的孔中进行细胞培养。

9.一种细胞培养方法，其特征在于，使用权利要求7所述超大孔水凝胶，将所述超大孔水凝胶浸泡在培养基中，然后将细胞注射到所述超大孔水凝胶内部的孔中进行细胞培养。

技术总结
本发明公开了一种超大孔水凝胶及其制备方法和应用。本发明超大孔水凝胶由海藻酸钠、聚乙烯醇在氯化钙作为交联剂下交联形成。本发明通过简单快速的制备方法得到了内部具有高孔隙率(～85％)，大孔径(100微米～900微米)的超大孔海藻酸钠水凝胶，并且同时获得了优越的力学性能。本发明超大孔水凝胶可以用于细胞培养，并且有望在组织工程，药物递送，类器官构建等领域得到应用。

技术研发人员：相佳佳,郭云舟,陈玉平,韩阳,邵世群
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12