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把水凝胶支架设计成可编程细胞微环境：从点击化学功能化到三维细胞培养实验设计

· · 发布于 2026年5月20日 · 更新于 2026年5月20日 ·

1. 三维细胞培养需要解决什么问题

三维细胞培养的目标不是简单地把细胞包埋在水凝胶中，而是建立一个能支持细胞存活、黏附、迁移、分化和功能表达的可控微环境。细胞在体内受到细胞外基质、力学支撑、黏附位点、可降解结构、可溶性因子和邻近细胞信号共同影响。三维培养支架的作用，是把这些复杂因素拆分为可设计、可检测、可比较的实验变量。

实验中常见问题	可能的支架原因	需要优化的设计变量
细胞活率低	成胶条件刺激过强，反应体系不适合活细胞	成胶温和性、引发剂浓度、酸碱度、渗透压
细胞不黏附	材料缺少细胞可识别位点	黏附肽段、配体密度、空间可及性
细胞不铺展	支架过于惰性，或网络结构限制细胞伸展	黏附信号、网孔结构、力学刚度、可降解性
细胞迁移受限	网络不可降解，或空间限制过强	酶敏感交联点、降解速率、交联密度
分化结果不稳定	力学、黏附和生长因子呈递同时变化	单变量设计、稳定对照组、材料性能检测
无法研究局部信号	信号只能整体加入培养液	光控修饰、局部图案化、顺序点击反应

因此，水凝胶支架的价值不是提供一个静态载体，而是帮助研究者建立一个细胞行为可解释的实验系统。

2. 为什么选择水凝胶作为细胞微环境材料

水凝胶是含水量较高的三维聚合物网络，具有弹性和较好的小分子传输能力，能够模拟软组织环境中的部分物理特征。因此，水凝胶常用于二维和三维细胞培养，也常被用作细胞外基质模拟材料。水凝胶大体可分为天然水凝胶和合成水凝胶，两类材料的优势不同。

材料类型	优势	局限
天然水凝胶	含有较多天然生物信号，有利于细胞黏附、存活和重塑	成分复杂，批间差异较大，变量不容易拆分
合成水凝胶	成分明确，力学、溶胀和降解更容易调控	通常缺少细胞天然识别位点，需要额外功能化

部分天然基质类水凝胶，如胶原、明胶、纤维蛋白或基底膜来源材料，可提供细胞黏附蛋白、蛋白酶可降解结构和一定的生长因子结合背景；但不同天然材料差异较大，成分复杂，批间差异和物理化学性质的重复控制能力相对有限。海藻酸钠、透明质酸等天然多糖材料通常还需要离子交联、化学改性或复合设计，才能形成适合特定细胞实验的可控水凝胶。合成大分子水凝胶便于精确调节力学、溶胀和降解，但细胞通常不能直接识别这些化学结构。

聚乙二醇水凝胶常被用于三维细胞培养设计。它的重要特点是非特异性蛋白相互作用较低，背景相对干净，便于研究者判断细胞对特定外加信号的反应。聚乙二醇水凝胶不是完整的天然细胞外基质。它更适合作为低背景基础材料，再根据实验目的接入特定功能模块。

需要接入的模块	解决的实验问题
黏附肽段	支持贴壁依赖型细胞黏附和铺展
可降解肽段	支持细胞迁移、侵袭和基质重塑
生长因子结合结构	增强局部信号保留和持续呈递
光控修饰位点	控制信号出现的位置和时间
可检测探针	观察局部降解、酶活或细胞迁移路径

3. 可编程细胞微环境的四个核心模块

水凝胶支架设计可以围绕四个核心模块展开：

1. 力学刚度

2. 黏附信号

3. 可降解结构

4. 时空信号

这四个模块分别对应不同的细胞问题。

核心模块	所回答的问题	主要影响的细胞行为	常用检测指标
力学刚度	细胞处于怎样的基质强度中	形态、增殖、迁移、分化	储能模量、压缩模量、细胞骨架形态
黏附信号	细胞能否形成有效黏附	存活、铺展、极性、信号转导	黏附面积、铺展程度、整合素相关标志
可降解结构	细胞能否改造周围空间	迁移、侵袭、聚集、组织样结构形成	降解速率、迁移距离、局部酶活
时空信号	信号在何时、何处出现	定向迁移、局部分化、区域化细胞行为	图案化成像、局部标志物表达

一个清晰的三维培养实验，通常不需要一次加入所有功能。更可靠的方式是先定义研究问题，再选择最关键的一到两个模块进行调节。

4. 力学刚度、网络结构和传质条件如何影响细胞行为

细胞能够感知周围基质的力学状态。水凝胶过软，可能无法维持三维结构；交联密度过高、网孔过小或缺少可降解结构时，细胞铺展、迁移和组织样结构形成可能受到限制。因此，力学设计的目的不是单纯提高强度，而是让材料刚度、网络结构和降解行为匹配实验目标。

影响水凝胶力学和网络结构的因素主要包括：

1. 聚合物浓度

浓度升高通常会提高网络密度和力学强度，但也可能影响传质和细胞活动空间。

2. 交联点密度

交联点越多，网络越致密。对三维包埋实验而言，交联密度不能只从模量判断，还要结合网孔、溶胀和细胞迁移能力一起解释。

3. 多臂聚合物结构

多臂结构影响交联效率和网络均一性，也会影响凝胶形成速度和最终力学性能。

4. 交联肽段长度和可降解性

肽段长度会影响网络空间，可降解结构会决定培养过程中力学环境是否随细胞行为发生变化。

5. 培养过程中的材料变化

细胞分泌蛋白酶、支架吸水溶胀、交联点断裂和细胞牵拉都会改变局部环境，因此不能只测成胶后的初始状态。

不同实验目标对应不同的力学设计重点：

实验目标	力学设计重点
维持细胞活性	避免交联密度过高导致传质受限
观察细胞铺展	同时控制刚度、黏附信号和网络空间
研究干细胞分化	固定力学条件，避免与黏附变量混杂
研究肿瘤侵袭	保持初始结构稳定，同时允许局部降解
长期培养	监测培养过程中模量、溶胀和降解变化

建议同步记录凝胶化时间、初始模量、培养后模量、溶胀变化和细胞形态。把材料读数和细胞读数放在一起，才能判断细胞行为是否真正来自力学环境变化。

5. 黏附信号与可降解结构如何支持铺展、迁移和组织重塑

聚乙二醇水凝胶的低背景特性有利于减少非特异性干扰，但也意味着很多贴壁依赖型细胞无法直接形成稳定黏附。细胞缺少黏附信号时，常见表现包括圆形化、铺展不足、增殖下降和功能标志物表达不稳定。

当 PEG 前体带有马来酰亚胺、乙烯基砜或丙烯酸酯等 Michael 受体时，Michael 加成可将带巯基或半胱氨酸修饰的肽段接入聚乙二醇水凝胶，例如半胱氨酸修饰的 RGD 类黏附肽段和部分层粘连蛋白来源肽段。需要注意，RGD 序列本身不一定含半胱氨酸，实验中通常使用经过半胱氨酸或巯基修饰的肽段来参与反应。黏附信号设计不能只比较“有无黏附肽段”。黏附效果取决于配体密度、空间分布、暴露程度和细胞能否接触到这些位点。

三维培养中，细胞不仅需要存活，还需要能够改变周围环境。迁移、侵袭、细胞聚集、组织样结构形成和细胞间连接建立，都依赖细胞对局部空间的重塑。如果水凝胶网络完全不可降解且过于致密，细胞可能被限制在原位。将酶敏感肽段作为交联结构接入水凝胶，可以让细胞通过自身分泌的酶局部降解网络。聚乙二醇水凝胶中常用基质金属蛋白酶敏感肽段作为可降解交联结构，使网络降解与细胞分泌蛋白酶相关。

细胞表现	需要优先检查的设计因素	可能的优化方向
细胞长期保持圆形	是否缺少整合素可识别位点	接入黏附肽段，优化配体密度
铺展不足	配体密度是否过低，网络空间是否受限	调整黏附肽段密度、网孔结构和交联密度
迁移受限	网络是否可降解，降解速率是否合适	引入酶敏感交联点，比较不同降解速率
侵袭行为不明显	细胞酶表达和肽段序列是否匹配	更换可降解肽段或延长观察时间
分化结果波动	刚度、黏附和降解是否同时变化	固定其中一个变量，分步比较其余变量

建议设置以下对照组：

1. 无黏附肽段组：判断材料背景黏附。

2. 非识别序列组：排除肽段接入本身造成的非特异性影响。

3. 低、中、高黏附密度组：判断黏附信号的有效范围。

4. 不可降解组与可降解组：区分空间限制与细胞自身迁移能力。

5. 不同降解速率组：判断降解速度是否与实验观察窗口匹配。

需要注意，基质金属蛋白酶敏感肽段并不等于所有细胞都会有效降解支架。降解能力取决于细胞类型、酶表达水平、肽段序列、交联密度和培养时间。

6. 时空信号如何用于局部图案化和动态微环境调控

传统三维培养中，生长因子、药物或小分子通常加入整个培养液。这种方式适合观察整体效应，但无法回答局部信号如何影响细胞行为。

时空信号设计要解决三个问题：

1. 信号出现在什么位置

用于研究局部黏附、细胞极性、定向迁移和区域化细胞行为。

2. 信号在什么时间出现

用于研究分化阶段、损伤修复阶段和细胞状态转换。

3. 信号是否可以改变或移除

用于研究动态微环境和细胞响应是否具有可逆性。

巯基-烯光点击反应可由光触发，因此适合在水凝胶中进行局部修饰。光引发巯基-烯反应可以实现细胞信号的空间和时间控制，也可以在特定区域图案化细胞黏附肽段，从而影响局部细胞相互作用和形态。对活细胞体系而言，光照波长、光剂量、照射时间、引发剂浓度和残余活性基团仍需单独验证，以避免光照和自由基过程影响细胞状态。

设计方式	适合回答的问题
整体加入可溶性因子	某种因子是否影响总体细胞状态
水凝胶整体接枝信号	稳定背景信号是否影响细胞行为
局部图案化黏附信号	细胞是否向特定区域迁移或铺展
指定时间点后修饰	某一培养阶段加入信号是否改变细胞命运
可裂解连接结构	信号移除后细胞反应是否发生改变

信号移除不是所有点击水凝胶都能直接实现。通常需要额外设计光裂解连接结构、可水解连接结构或其他可断裂连接方式。通过正交光偶联和光裂解反应，可以实现生物相关信号的图案化和去图案化，但这需要在分子结构设计阶段提前规划。

7. 生物正交点击化学如何实现水凝胶功能化

生物正交点击化学指一类能在生物环境中高选择性发生、尽量不干扰天然生物分子的连接反应。用于水凝胶时，它的价值不是单纯形成凝胶，而是把黏附、降解、蛋白呈递、局部图案化等功能模块接入材料网络。

在水凝胶材料领域，常用的点击或点击型反应包括 Michael 加成、光引发巯基-烯反应、铜催化叠氮-炔环加成、无铜应力促进叠氮-炔环加成和顺序点击反应。其中，Michael 加成和巯基-烯反应在 PEG 水凝胶中非常常用，但具体是否适合活细胞封装，还需要结合反应端基、残余活性基团、引发条件和细胞类型判断。

反应类型	主要用途	适合场景	关键注意点
Michael 加成	接入含巯基肽段，形成交联网络	黏附肽段、可降解肽段接入	需要控制酸碱度、反应速率和残余活性基团
巯基-烯光点击反应	用光控制修饰区域和时间	局部图案化、后期修饰	需要控制光照强度、照射时间和引发剂浓度
无铜应力促进叠氮-炔环加成	避免铜催化剂，温和形成或修饰水凝胶	活细胞封装、三维水凝胶形成	需要评估前体浓度、成胶时间和残余反应基团
铜催化叠氮-炔环加成	高效连接叠氮和炔基功能团	预制材料修饰、非活细胞条件下材料构建	铜催化剂可能影响细胞状态，活细胞封装中需谨慎
顺序点击反应	先成胶，再进行局部或阶段性修饰	动态微环境、局部信号研究	多种反应之间需要互不干扰，且反应条件需适合细胞

需要特别区分“点击反应”和“严格生物正交反应”。Michael 加成在 PEG 水凝胶构建中非常常用，反应条件温和，也便于接入半胱氨酸修饰肽段；但从严格生物正交性看，Michael 受体可能与生物体系中的亲核基团发生反应，因此需要控制反应条件和残余活性基团。

铜催化叠氮-炔环加成在材料化学中应用广泛，但铜催化剂可能限制其在活细胞封装中的直接使用。无铜应力促进叠氮-炔环加成不需要铜催化剂，因此更适合细胞相关水凝胶构建，但也不是无条件适用。实际实验仍需评估前体浓度、反应速率、细胞类型、培养时间和残余反应基团对细胞状态的影响。

顺序点击反应适合构建动态微环境。典型策略是先用一种点击反应形成水凝胶，再用另一种点击反应在指定时间和空间进行修饰。例如，先通过无铜点击反应形成聚乙二醇水凝胶，再通过巯基-烯光反应进行图案化修饰，可以让包埋细胞在三维环境中响应局部生化信号。

8. 从实验目标反推支架设计：变量、对照和读数

水凝胶设计应从细胞问题出发。先明确要观察的细胞行为，再决定调节刚度、黏附、降解还是时空信号。

实验目标	优先设计模块	推荐对照	关键读数
维持细胞活性	温和成胶、传质、基础力学	二维培养组、无细胞材料组	活死染色、增殖、代谢活性
促进细胞黏附	黏附肽段密度和可及性	无黏附肽段组、非识别序列组	铺展面积、细胞骨架、黏附标志
研究细胞迁移	可降解交联点、网孔结构	不可降解组、不同降解速率组	迁移距离、侵袭深度、局部酶活
研究干细胞分化	力学刚度、黏附信号、因子呈递	相同刚度不同配体组、相同配体不同刚度组	分化标志物、基因表达、蛋白表达
研究局部信号	光控图案化、顺序修饰	均一信号组、无光照组、无信号组	局部细胞分布、迁移方向、区域化标志物

一个可操作的最小设计流程可以按以下顺序展开：

1. 定义细胞行为目标

明确实验要研究存活、黏附、迁移、侵袭、分化、成管还是类器官扩张。

2. 选择水凝胶基础材料

判断使用低背景合成水凝胶，还是天然-合成复合水凝胶。

3. 选择成胶反应

判断成胶条件是否适合活细胞，凝胶化时间是否可操作，酸碱度、渗透压、温度和光照是否在细胞可承受范围内。

4. 加入功能模块

根据实验问题决定是否接入黏附肽段、可降解肽段、生长因子结合结构、图案化位点或检测探针。

5. 设置对照组

对照组应能区分力学、黏附、降解和信号位置的影响，避免多个变量同时变化。

6. 同步检测材料和细胞

不只记录细胞结果，也要记录材料性能变化，否则很难解释细胞行为来自材料设计还是培养条件波动。

材料读数和细胞读数应放在同一套实验中解释。

材料读数	对应细胞读数	解释重点
凝胶化时间	初始细胞分布	判断细胞是否均匀封装，是否发生沉降或局部聚集
初始模量	初始细胞形态、骨架张力	判断细胞处于怎样的力学环境
培养后模量	迁移、分化、组织样结构形成	判断细胞行为是否伴随材料软化或结构变化
溶胀变化	细胞活率、迁移能力	判断传质和网孔条件是否发生改变
配体密度	黏附面积、铺展程度	判断黏附信号是否达到有效范围
降解速率	迁移距离、侵袭深度	判断细胞是否能够重塑周围空间
图案化精度	局部细胞响应	判断区域化行为是否由局部信号引起

只看单一终点容易造成误判。只看活率，无法说明功能是否建立；只看形态，无法判断材料是否按预期变化；只看分化标志物，也无法排除刚度、黏附和因子呈递同时变化造成的混杂影响。

9. 三个典型实验场景与结论

水凝胶支架的价值放在具体实验问题中才容易体现。下面三个场景分别对应分化、侵袭和局部迁移。

典型实验场景	核心问题	支架设计重点	必要对照	判断读数
干细胞分化不稳定	同一类干细胞在三维培养中分化效率波动	使用聚乙二醇水凝胶作为低背景基础材料，固定刚度，分别调节黏附肽段密度和可降解结构	相同刚度不同黏附密度；相同黏附密度不同降解速率；二维培养对照	细胞活率、目标分化标志物、非目标谱系标志物、材料模量
肿瘤细胞侵袭模型	肿瘤细胞如何在三维基质中侵袭和重塑周围环境	构建含酶敏感交联点的水凝胶，并加入局部降解可视化探针	不可降解组、低降解速率组、高降解速率组	侵袭距离、局部酶活、细胞形态、侵袭相关蛋白表达
局部黏附信号影响细胞迁移	细胞是否会向黏附信号丰富区域迁移或铺展	先温和封装细胞，再通过光控点击反应在局部区域接入黏附肽段	全局黏附信号组、无黏附信号组、无光照组、光照但无反应基团组	局部细胞密度、迁移方向、铺展面积、细胞骨架排列

在干细胞分化实验中，水凝胶的作用是拆分影响细胞命运的微环境变量，而不是单纯提供三维空间。判断分化是否稳定时，不能只看某一个标志物升高，还应结合细胞活率、非目标谱系标志物和材料性能变化。

在肿瘤侵袭模型中，水凝胶降解不是材料失效，而是细胞侵袭能力的重要实验读数。若材料没有按预期降解，细胞不迁移不能直接说明细胞迁移能力差；若材料已经按预期降解，但细胞仍无响应，则需要继续检查黏附信号、细胞状态、培养条件和检测时间点。

在局部黏附信号实验中，水凝胶支架可以成为一种可在空间中写入生化信号的实验平台。此时判断重点不是整体细胞数量，而是细胞是否在特定区域发生迁移、铺展、极性改变或局部标志物表达变化。

10. 水凝胶支架可编程细胞微环境产品选表导航

科研或实验目标	建议先看哪张表	为什么先看这张表	建议联动看哪张表	导航说明
搭建天然基质、半合成基质或复合水凝胶细胞培养体系	表1	表1集中列出透明质酸、海藻酸钠、明胶、胶原、层粘连蛋白、纤维连接蛋白等基质材料，可先确定支架来源和细胞外基质背景	表5、表2	先判断实验需要天然细胞外基质信号，还是需要低背景聚乙二醇平台，再决定是否接入黏附肽段或点击反应骨架
构建低背景聚乙二醇水凝胶，拆分刚度、黏附和降解变量	表2	表2集中列出聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、叠氮化聚乙二醇、巯基聚乙二醇和降冰片烯封端聚乙二醇，可用于建立可调网络	表4、表5	先确定交联骨架和反应位点，再选择光引发条件、黏附肽段或基质重塑验证材料
研究水凝胶刚度、交联密度和网络结构对细胞行为的影响	表2	表2中的光交联和多臂聚乙二醇材料可用于调节水凝胶网络结构、成胶条件和初始力学环境	表4、表1	聚乙二醇体系适合变量拆分，天然基质材料可作为细胞外基质参照，光引发体系用于控制成胶过程
开展活细胞包埋、温和成胶或后期功能化实验	表3	表3集中列出环炔、降冰片烯、马来酰亚胺等功能化试剂，可用于叠氮、巯基和烯基相关连接反应	表2、表5	先确定连接反应类型，再选择聚合物前体和需要接入的黏附或信号分子
建立叠氮-环炔无铜点击后修饰体系，或配合多官能前体设计无铜点击水凝胶	表3	表3中的环炔类试剂可与叠氮化材料发生无铜点击反应，适合温和连接、端基引入和水凝胶后修饰；若目标是三维成胶，需要配置多官能叠氮或多官能环炔交联前体	表2	叠氮化聚乙二醇与环炔试剂联用，可用于构建细胞相容性较好的点击水凝胶平台
设计巯基-烯光点击水凝胶和局部图案化微环境	表2	表2中降冰片烯封端聚乙二醇、巯基聚乙二醇和多臂巯基聚乙二醇是巯基-烯反应的关键材料	表4、表3、表5	聚合物骨架决定网络形成，光引发体系决定图案化条件，黏附肽段决定细胞局部响应
比较光交联条件对细胞活率、成胶速度和图案化效果的影响	表4	表4集中列出光引发剂、可见光光敏剂和反应环境调节试剂，可用于优化光照、引发剂浓度和成胶条件	表2、表5	先选择水凝胶骨架，再用细胞活率、形态、黏附和迁移结果判断光反应条件是否适合细胞实验
做铜催化点击反应的材料预修饰或非活细胞条件下偶联	表4	表4包含硫酸铜、抗坏血酸钠和铜催化点击配体，可用于叠氮-炔反应体系建立	表2、表3	铜催化体系适合材料预修饰和功能分子偶联；若涉及活细胞封装，应联动查看无铜点击试剂
给水凝胶接入细胞黏附信号，研究铺展、极性和整合素相关响应	表5	表5集中列出细胞黏附肽段和细胞外基质重塑相关材料，可用于设计黏附信号和验证细胞行为	表2、表3	黏附肽段需要与聚合物反应位点匹配，实验中应设置无黏附信号和非识别序列对照
构建可降解或可重塑水凝胶，用于细胞迁移、侵袭和三维组织化研究	表5	表5中的胶原酶和黏附肽段可用于基质降解、细胞回收和重塑行为评价；若要构建细胞可降解 PEG 水凝胶，还需要选用带有可反应端基的基质金属蛋白酶敏感交联肽段或其他可降解交联结构	表1、表2	天然胶原体系适合酶降解参照，聚乙二醇体系适合把降解、黏附和刚度分开考察
研究生长因子保留、局部信号呈递和长期细胞状态维持	表1	表1中的肝素类材料、透明质酸和细胞外基质蛋白可用于构建因子结合、保留和基质信号背景	表2、表3	先确定因子保留基质，再通过聚乙二醇点击平台接入可控连接位点，实现局部或阶段性信号呈递
从实验问题反推完整水凝胶设计方案	表2	表2决定支架主体网络，是拆分刚度、网络结构和反应位点的起点	表1、表3、表4、表5	先选支架骨架，再依次确定天然基质参照、点击连接方式、成胶条件和细胞黏附或重塑读数

表1｜水凝胶基础骨架与天然/半合成细胞外基质材料

分类	Cas编号	阿拉丁货号	名称	规格或纯度	产品特色与应用
天然多糖水凝胶材料	9067-32-7	S1519992	透明质酸钠	注射级,分子量：60-149万	用于透明质酸基或复合水凝胶构建，可模拟富含糖胺聚糖的软组织微环境，适用于细胞迁移、黏弹性和因子保留研究
离子交联天然多糖水凝胶	9005-38-3	A434499	海藻酸钠盐来源于褐藻	中等粘度	可通过二价离子形成三维水凝胶，本身缺少哺乳动物细胞可识别黏附位点，适合用于细胞包埋、非黏附性基质对照和复合水凝胶力学调节
天然蛋白基水凝胶材料	9000-70-8	G108397	明胶	照相级, gel strength ~250 g Bloom	含胶原来源细胞识别结构，可用于天然蛋白基水凝胶、复合支架和细胞黏附背景对照；用于活细胞培养时需确认无菌、内毒素和细胞相容性要求
聚乙二醇类基础聚合物	25322-68-3	P615493	聚环氧乙烷	粘度65-115 cps	属于聚乙二醇相关亲水聚合物，可用于低蛋白吸附背景、聚合物溶液性质和水凝胶基材研究
细胞外基质黏附蛋白	86088-83-7	R283942	重组人纤维连接蛋白OsrhFN	用于细胞培养, ≥95%	提供细胞黏附和整合素识别信号，可用于水凝胶表面修饰、三维培养黏附对照和贴壁依赖型细胞状态评价
胶原基质材料	9007-34-5	C301781	猪源I型胶原(ColI)	Moligand™, 研发级	代表性天然细胞外基质蛋白，可用于胶原基水凝胶、天然基质参照和细胞迁移侵袭模型
天然糖胺聚糖材料	9004-61-9	H131007	透明质酸	Moligand™, 来自鸡冠	可用于构建透明质酸基水凝胶和天然糖胺聚糖微环境，适用于细胞迁移、组织修复和基质重塑研究
因子结合糖胺聚糖材料	9041-08-1	H284091	肝素钠	Moligand™, 抗Xa因子效价110~210IU/mg	可作为生长因子结合与保留模块，用于构建局部信号呈递型水凝胶和持续释放微环境
基底膜黏附蛋白	114956-81-9	M1447989	小鼠层粘连蛋白来源于EHS小鼠肉瘤细胞	BioReagent,天然,≥95%(SDS-PAGE),1.0 mg/mL	提供基底膜来源黏附信号，可用于神经、上皮和干细胞三维培养中的黏附与分化对照

表2｜聚乙二醇交联网络与可点击聚合物材料

分类	Cas编号	阿拉丁货号	名称	规格或纯度	产品特色与应用
光交联聚乙二醇水凝胶骨架	26570-48-9	P109707	聚乙二醇二丙烯酸酯 (PEGDA)	平均分子量约200，含 MEHQ 稳定剂	可用于光交联聚乙二醇水凝胶构建和高交联密度模型对照，适用于考察网络密度、成胶速度和初始力学强度；用于活细胞三维包埋时需重点评估浓度、残余单体、光引发条件和细胞相容性
光交联聚乙二醇水凝胶骨架	25852-47-5	P432479	聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）	平均Mn4000，含有MEHQ作为抑制剂	可用于光聚合水凝胶体系，适用于比较聚乙二醇链长、交联密度和材料模量对细胞行为的影响
叠氮化聚乙二醇点击骨架	82055-94-5	P434253	聚氧乙烯二叠氮化物	平均Mn20000	可与环炔基试剂发生无铜点击反应，用于叠氮-环炔功能化、链段接入和后修饰；若用于三维水凝胶成胶，需要与多官能环炔、四臂叠氮 PEG 或其他多官能交联组分配合
双巯基聚乙二醇交联剂	68865-60-1	H1451661	巯基 PEG 巯基, HS-PEG-HS	MW 3400 Da	双巯基聚乙二醇可参与巯基-烯、巯基-马来酰亚胺等反应，用于调节水凝胶交联密度和网络柔顺性
巯基-烯光点击聚乙二醇骨架	1191287-92-9	A478001	四臂降冰片烯封端聚乙二醇	average Mₙ 10,000	可与多巯基交联剂进行巯基-烯光点击反应，用于构建力学可调、可图案化的三维聚乙二醇水凝胶
马来酰亚胺封端聚乙二醇	——	M163923	甲氧基聚乙二醇马来酰亚胺, mPEG-MAL	MW 2000 Da	可与半胱氨酸或巯基修饰肽段偶联，用于接入黏附肽、降解肽或屏蔽非特异性吸附位点
小分子聚乙二醇叠氮连接臂	215181-61-6	M412720	间聚乙二醇叠氮化物	≥95%	可作为叠氮功能连接臂，用于无铜点击修饰、表面功能化和小分子信号接入
多臂巯基聚乙二醇交联剂	188492-68-4	A587849	四臂-聚乙二醇-巯基	average Mw20000	多臂巯基聚乙二醇可用于构建巯基反应型水凝胶，适合调节凝胶网络均一性和三维包埋空间
氨基-巯基聚乙二醇连接臂	——	N164045	巯基-四聚乙二醇-氨基盐酸盐	≥95%	同时含巯基和氨基反应位点，可用于肽段、蛋白或小分子信号与水凝胶网络之间的连接设计

表3｜无铜点击、巯基反应与降冰片烯功能化试剂

分类	Cas编号	阿拉丁货号	名称	规格或纯度	产品特色与应用
环炔无铜点击试剂	1255942-06-3	D1372418-GMP	DBCO-amine	≥99.5%	可引入环炔反应位点，与叠氮化聚乙二醇或叠氮化生物分子偶联，用于温和功能化水凝胶
降冰片烯功能化单体	120-74-1	N111450	5-降冰片烯-2-羧酸（内型和外型混合物）	≥99%	可用于引入降冰片烯基团，服务于巯基-烯光点击水凝胶和局部图案化修饰设计
巯基反应功能基试剂	541-59-3	M100788	马来酰亚胺	≥98%	可与巯基快速反应，用于构建半胱氨酸肽段接枝、蛋白偶联和巯基响应型水凝胶连接结构
活性酯型环炔点击试剂	1353016-71-3	D595518	DBCO-NHS ester	≥97%	可修饰含氨基的蛋白、肽段或聚合物，引入环炔位点后参与无铜点击功能化
羧酸型环炔点击试剂	1353016-70-2	D404311	DBCO-酸	≥97%	可作为环炔功能化中间体，用于制备无铜点击水凝胶前体、连接臂或生物信号分子
外型降冰片烯功能化单体	934-30-5	E469877	外-5-降冰片烯羧酸	≥97%	可用于制备降冰片烯修饰聚合物或肽段，适用于巯基-烯光点击和空间图案化水凝胶
聚乙二醇化环炔点击试剂	1537170-85-6	D338361	DBCO-PEG4-acid	≥95%	含亲水连接臂和环炔基团，可用于降低空间位阻，促进叠氮基水凝胶前体或生物分子的无铜点击连接
氟代环辛炔无铜点击试剂	1047997-31-8	D1445634	Difluorocyclooctyne-CH2-COOH	_	可作为环辛炔类无铜点击试剂，用于叠氮化聚合物、肽段或蛋白的温和偶联和后修饰

表4｜光引发、铜催化点击与巯基/还原辅助试剂

分类	Cas编号	阿拉丁货号	名称	规格或纯度	产品特色与应用
可见光光敏剂	17372-87-1	E141405	曙红Y(水溶性)	指示剂	可作为可见光引发体系光敏组分，用于探索温和光交联、局部图案化和细胞相容性光反应条件
铜催化点击铜源	7758-99-8	C112412	硫酸铜，五水	用于植物细胞培养, ≥98%	可作为铜催化叠氮-炔环加成反应铜源，用于水凝胶前体或非活细胞条件下材料修饰
铜催化点击还原剂	134-03-2	S105026	抗坏血酸钠	用于细胞培养, ≥99%	可用于将铜离子还原生成活性铜催化体系，参与叠氮-炔点击反应条件构建
双巯基小分子交联剂	3483-12-3	D104861	DL-二硫苏糖醇(DTT)	用于电泳, ≥99%	双巯基小分子可作为巯基-烯反应交联剂，也可用于调节巯基还原状态；若需要还原响应型水凝胶，应选择含二硫键等可还原断裂结构的交联剂
巯基氨基酸反应组分	7048-04-6	C118575	L-半胱氨酸盐酸盐一水合物	无动物源, PharmPure™, USP, 欧洲药典（Ph.Eur）, 用于细胞培养	可提供巯基反应位点，用于半胱氨酸肽段设计、巯基偶联反应和水凝胶功能化模型研究
缓冲与反应环境调节试剂	102-71-6	T478536	三乙醇胺	试剂级, ≥98%	可用于调节部分光引发或加成反应体系的反应环境，辅助控制成胶速度和细胞兼容条件
巯基氨基酸反应组分	52-90-4	L755721	L-半胱氨酸	UltraBio™, ≥98.5%(RT)	可作为巯基来源和半胱氨酸修饰模型，用于研究巯基-马来酰亚胺、巯基-烯和肽段接枝反应
紫外光引发剂	106797-53-9	H137984	2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮	≥98%(HPLC)	可用于光聚合水凝胶体系，适合评估光照强度、引发剂浓度和细胞状态之间的关系
水溶性光引发剂	85073-19-4	L157759	苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐( LAP）	≥98%	常用于水凝胶光交联和巯基-烯光反应，适合构建细胞包埋、快速成胶和局部图案化体系
铜催化点击配体	510758-28-8	T162437	三[(1-苯甲基-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基]胺（TBTA）	≥95%	可稳定铜催化叠氮-炔环加成体系，用于提高材料预修饰和功能分子偶联反应效率

表5｜细胞黏附肽与基质重塑验证材料

分类	Cas编号	阿拉丁货号	名称	规格或纯度	产品特色与应用
基质降解与细胞回收酶	9001-12-1	C754916	胶原酶来源于溶组织梭菌	无菌过滤, 用于细胞培养, lyophilized powder, 0.5-5.0 FALGPA units/mg solid	可用于胶原基质降解、三维培养细胞回收和基质重塑实验中的酶敏感性验证
整合素识别黏附肽	91037-75-1	G650638	GRGDSP	≥99%	纤连蛋白来源黏附序列，可用于聚乙二醇水凝胶接枝、细胞铺展、黏附密度和整合素响应研究
整合素识别黏附肽	99896-85-2	A101724	精氨酰-甘氨酰-天冬氨酸	≥97% (HPLC)	经典细胞黏附短肽，可用于建立黏附信号有无对照和评价细胞对整合素识别位点的响应
整合素识别黏附肽	91037-65-9	A101721	精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸	≥95%(HPLC)	可用于黏附肽序列比较、聚合物接枝和三维水凝胶中细胞铺展能力评价
层粘连蛋白来源黏附肽	131167-89-0	H649768	H-Ile-Lys-Val-Ala-Val-OH	_	层粘连蛋白来源细胞识别序列，可用于神经、干细胞或基底膜模拟水凝胶中的黏附和分化信号设计

注：以上为阿拉丁代表产品，更多产品规格可用‘品名/CAS/货号’在阿拉丁官网检索。

参考文献

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Da — 若无特别说明，分子量单位默认为道尔顿。 Mw — 重均分子量。 Mn — 数均分子量。

产品仅供科研与开发使用，不用于人体、动物、诊断或治疗。

引用本文

阿拉丁科学.《把水凝胶支架设计成可编程细胞微环境：从点击化学功能化到三维细胞培养实验设计》. 阿拉丁知识库，更新于 2026年5月20日。
                            https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/designing-hydrogel-scaffolds-as-programmable-cell-microenvironments.html

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