具有集成功能的高强度光敏凝胶的研究

普通水凝胶的力学强度不足，而目前所报道的高强度凝胶大多缺少生物活性。基于此，本课题将构筑一种新颖的具有集成功能的高强度光敏凝胶:其表面可介导基因转染、光刺激诱导细胞自动脱附。我们将通过光引发聚合2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪（VDT）、含螺吡喃单体（SP）与亲水单体和交联剂形成共聚物凝胶（VDT/SP），利用本体VDT间的氢键相互作用提高凝胶的力学强度，通过凝胶表面的VDT组分与碱基对的氢键作用锚固DNA，进而达到表面反向转染的目的。课题将研究高强度凝胶的形成机制，考察凝胶表面的光敏性，研究表面介导的基因转染和光刺激诱导转染细胞在选择性区域的脱附行为，探讨藉凝胶表面预制的图案化拓扑结构和细胞粘附蛋白提高基因转染效率的可行性；考察VDT/SP凝胶的反复使用和基因在表面的持续表达能力。本课题构筑的VDT/SP凝胶将为反向转染和无损伤脱附基因修饰的细胞提供简便易行的"软湿"平台。

针对水凝胶较差的力学性能和目前报道的高强度水凝胶缺少生物功能等问题，我们构筑了一种氢键增强的高强度光敏感水凝胶。我们首先合成了含螺吡喃的单体SPAA，然后将其与氢键特征单体2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪(VDT)、低聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)及交联剂聚乙二醇双丙烯酸酯，通过自由基引发聚合制备了氢键增强型光敏水凝胶，研究了二氨基三嗪自氢键对凝胶力学性能的影响规律和凝胶表面的光响应性，考察了凝胶表面的反向基因转染效率以及光刺激诱导种植于凝胶表面的细胞的区域选择性脱附行为。为了提高凝胶的综合力学性能，我们将弱氢键单体丙烯酰胺引入到凝胶网络中，合成了交联的光敏感P(AAm-co-VDT-co-SPAA)水凝胶（PAVSP），由于 AAm之间与VDT之间的氢键协同作用，使得凝胶的力学性能在广泛的VDT/AAm单体比范围内得到改善。考察了细胞在PAVSP凝胶表面粘附与光致脱附的多次重复性，通过纤连蛋白修饰提高了反向转染效率，在此基础之上，采用“三明治”式转染方法，使转染效率得到进一步提升，实现了紫外光照射调控基因修饰细胞的无损脱附。与美国华盛顿大学江绍毅教授课题组合作，利用光刺激异构化诱导的亲疏水性动态变化，实现了干细胞在凝胶表面的区域选择性的定向分化。此光敏感水凝胶有望成为操纵细胞粘附/脱附和干细胞定向分化的平台。