一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶及其制备方法与应用

1.本发明属于新材料技术领域，涉及一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶及其制备方法与应用。


背景技术：

2.本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.水凝胶是一种具有三维交联网状结构的亲水性聚合物，与其他工程生物材料相比，其物理与化学特性与人体生物组织相似，具有良好的生物相容性。水凝胶独特的溶胀保水和高渗透特性使其具有高效的药物负载和缓释性能。水凝胶的高含水量还使其与生物软组织具有相似性，因此有可能成为细胞外基质(ecm)的合适替代品，可以有效携带免疫细胞、免疫相关蛋白和细胞因子，而不会损害其生物活性。纯天然高分子制备的水凝胶一般具有良好的生物相容性和生物降解性，但这些水凝胶通常具有较差的机械性能，目前较为广泛的是与合成高分子复合来增强天然高分子水凝胶的机械性能。
4.目前制备水凝胶的方法包括物理交联、化学交联等。与物理交联法相比，化学交联法更易于精准控制水凝胶交联的密度，但同时也可能由于化学交联剂的毒性限制其在生物医学领域的应用。与此同时，部分水凝胶的化学交联还需要一定的引发条件，如添加催化剂、对体系施加光照等。因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶及其制备方法与应用，所述水凝胶具有优异的溶胀性能和生物相容性，制备方法简单环保无需催化；所述水凝胶性质稳定，力学强度可调，可应用于损伤组织修复。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：
7.在本发明的第一方面，提供一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶，其由四臂聚乙二醇活性酯中的nhs活性酯基团与人血清白蛋白分子中的伯胺反应生成酰胺键得到。
8.在本发明的第二方面，提供一种上述人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
9.(1)将人血清白蛋白粉末溶解在磷酸盐缓冲液中，得到人血清白蛋白溶液；
10.(2)将四臂聚乙二醇活性酯粉末溶解在磷酸盐缓冲液中，得到四臂聚乙二醇活性酯溶液；
11.(3)将人血清白蛋白溶液与四臂聚乙二醇活性酯溶液混合，超声混匀后静置30min，即可获得人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶。
12.在本发明的第三方面，提供一种上述人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶在制备用于组织修复的医用材料中的应用。
13.本发明具有以下有益效果：
14.(1)本发明合成人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法简单便捷，不需要使用额外的催化剂，所制得水凝胶具有三维多孔结构，溶胀性能优异，具有负载多种药物、细胞、生长因子，以及促进药物释放和伤口愈合的潜能。
15.(2)本发明制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶模量可调，性质稳定，具有优异的生物相容性，对正常细胞和组织的毒副作用较小。
16.(3)本发明制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶中的人血清白蛋白能够在体内环境中不断酶解，从而实现材料的生物降解和药物的持续释放。
附图说明
17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.图1为本发明的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶形成机制示意图。
19.图2为本发明实施例1制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的扫描电子显微镜(sem)图像。
20.图3为本发明实施例1-3制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的储能模量。
21.图4为本发明实施例1-3制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的溶胀比。
22.图5为本发明实施例1制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶孵育的小胶质细胞的共聚焦显微镜图像(其中绿色为活细胞，红色为死细胞)。
具体实施方式
23.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.在本发明的一种实施方式中(如图1所示)，提供了一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
25.(1)将人血清白蛋白粉末溶解在磷酸盐缓冲液中，得到人血清白蛋白溶液；
26.(2)将四臂聚乙二醇活性酯粉末溶解在磷酸盐缓冲液中，得到四臂聚乙二醇活性酯溶液；
27.(3)将人血清白蛋白溶液与四臂聚乙二醇活性酯溶液混合，超声混匀后静置，即可获得人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶。
28.在一种或多种的实施例中，步骤(1)中人血清白蛋白溶液的质量体积浓度(mg/μl)为8-10％。
29.在一种或多种的实施例中，步骤(2)中四臂聚乙二醇活性酯溶液的质量体积浓度(mg/μl)为5-15％。
30.在一种或多种的实施例中，步骤(1)和(2)中，所使用磷酸盐缓冲液ph值为7.0-7.4，优选的，7.2。
31.在一种或多种的实施例中，步骤(3)中人血清白蛋白溶液与四臂聚乙二醇活性酯溶液的混合体积比为1：1。
32.在一种或多种的实施例中，步骤(3)中混合溶液反应温度为15-25℃。
33.在一种或多种的实施例中，步骤(3)中静置时间为20-60min，优选的30min。
34.本发明合成人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法简单便捷，不需要使用额外的催化剂，所制得水凝胶具有三维多孔结构，溶胀性能优异，溶胀比高达450％，具有负载多种药物、细胞、生长因子，以及促进药物释放和伤口愈合的潜能。
35.本发明制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶模量可调，性质稳定，具有优异的生物相容性，对正常细胞和组织的毒副作用较小。
36.本发明制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶中的人血清白蛋白能够在体内环境中不断酶解，从而实现材料的生物降解和药物的持续释放。
37.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明。
38.实施例1
39.一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
40.(1)称量10mg人血清白蛋白，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
41.(2)称量5mg四臂聚乙二醇活性酯，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
42.(3)取50μl人血清白蛋白溶液(10％w/v)，向其中加入50μl的四臂聚乙二醇活性酯溶液(5％w/v)，超声混匀，在室温下静置30min，得到人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶。
43.实施例2
44.一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
45.(1)称量10mg人血清白蛋白，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
46.(2)称量10mg四臂聚乙二醇活性酯，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
47.(3)取50μl人血清白蛋白溶液(10％w/v)，向其中加入50μl的四臂聚乙二醇活性酯溶液(10％w/v)，超声混匀，在室温下静置30min，得到人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶。
48.实施例3
49.一种人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
50.(1)称量10mg人血清白蛋白，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
51.(2)称量15mg四臂聚乙二醇活性酯，溶于100μl磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，搅拌至完全溶解。
52.(3)取50μl人血清白蛋白溶液(10％w/v)，向其中加入50μl的四臂聚乙二醇活性酯溶液(15％w/v)，超声混匀，在室温下静置30min，得到人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶。
53.以实施例1制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶为测试对象，对其进行了sem表征，如图2所示。可以看出，所制备水凝胶具有丰富的孔状结构，孔隙率为61.22％，孔径分布为20-50μm，可以储存大量的水分，是优良的药物载体。同时，多孔水凝胶可以为细胞生存提供必要的空间，孔状结构有利于细胞进行代谢物质交换，是合适的细胞培养基体。
54.以全部实施例制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶为测试对象，对其进行流变
学测试。将流变仪应变参数设置为1％，温度为25℃，扫描频率范围为0.1-10hz，得到不同浓度人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶的储能模量随频率变化关系，如图3所示。图3中，各浓度水凝胶的储能模量随频率变化保持稳定，说明水凝胶内部交联的完成；水凝胶的储能模量随四臂聚乙二醇活性酯交联剂浓度的提高而增大，说明材料制备可以实现模量调控。
55.以全部实施例制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶为测试对象，对其进行溶胀性能测试。将制备的水凝胶冷冻干燥至恒重后称重，将干凝胶浸泡在10ml磷酸盐缓冲液(ph＝7.2)中，室温静置30min后达到溶胀平衡，取出溶胀后的水凝胶，用滤纸小心吸干表面水分后称其湿重，计算得溶胀比，如图4所示。水凝胶的溶胀比随着交联剂浓度的增加而减小，均可达到400％以上，所制备水凝胶具有优异的溶胀性能。
56.以实施例1制备的人血清白蛋白/聚乙二醇水凝胶为测试对象，对其进行了细胞毒性测试。将小胶质细胞与水凝胶共培养后，用nucgreen和碘化丙啶(pi)对其进行染色，活细胞被染成绿色，死细胞被染成红色，随后用荧光显微镜观察细胞，如图5所示。在与水凝胶共培养后绝大多数细胞仍保持活性，说明所制备水凝胶细胞毒性较小，具有优异的生物相容性。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。