本技術(shù)涉及生物，具體涉及一種水凝膠及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、細胞是構(gòu)成生命最基本的單位。目前，在腫瘤、免疫、發(fā)育、神經(jīng)領(lǐng)域，以單細胞測序為代表的檢測技術(shù)拓展了人類對生命過程理解的廣度和深度。單細胞測序技術(shù)從單細胞水平分析基因組或轉(zhuǎn)錄組，可全面還原出細胞特征及群體間的差異，能更精確地解析細胞群體的異質(zhì)性。同時，單細胞測序可通過時間和空間兩個維度，對生命過程進行單細胞分辨率的分析，用大數(shù)據(jù)解構(gòu)生命。在組織、器官和個體的層面上，實現(xiàn)對生命過程從“化整為零”到“化零為整”的研究，從復(fù)雜的生物樣本中提煉出深刻洞見。

2、單細胞多組學(xué)測序過程中的單細胞樣品處理是指完整細胞混合液或已提取好的細胞核混合液經(jīng)過細胞裂解等生化反應(yīng)為下游流式細胞儀分選至微孔板中或通過液滴微流控形成微液滴制備單細胞多組學(xué)文庫的做準備的過程。已提取好的細胞核混合液天然丟失了細胞質(zhì)中的生物分子，從而造成天然單細胞多組學(xué)文庫信息的缺失。完整細胞混合液由于細胞膜的特性-容易破裂，而造成單細胞多組學(xué)文庫存在大量細胞與細胞之間的交叉污染情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)受啟發(fā)與自然界中廣泛存在的區(qū)室化現(xiàn)象。例如，細胞依靠滲透性可調(diào)控的細胞膜和各類細胞器來區(qū)室化生物大分子并調(diào)節(jié)其擴散，從而在保證與外界物質(zhì)交換的同時能夠進行復(fù)雜的生命活動。設(shè)計出里外分子孔徑不同的水凝膠(即里外不均一的水凝膠)：

2、本技術(shù)技術(shù)方案如下：

3、1.一種嵌入有生物材料的水凝膠，其包括嵌入有生物材料的內(nèi)核凝膠材料，且生物材料是經(jīng)過了通透化處理的生物材料。

4、2.根據(jù)項1所述的水凝膠，其還包括能夠包覆嵌入有生物材料的內(nèi)核凝膠材料的外殼層，所述外殼層的厚度為1-2μm。

5、3.根據(jù)項2所述的水凝膠，其中，

6、所述外殼層具有多孔結(jié)構(gòu)，外殼層的多孔結(jié)構(gòu)的孔徑小于所述生物材料的平均大小。

7、4.根據(jù)項1所述的水凝膠，其中，

8、所述生物材料選自蛋白質(zhì)、核酸、糖、脂、代謝物、多肽、細菌、病毒、細胞器以及細胞中的一種或兩種以上，以及由它們形成的復(fù)合體，優(yōu)選所述生物材料為細胞。

9、5.根據(jù)項1所述的水凝膠，其中，所述通透化處理的生物材料為輕微通透化處理的生物材料或強通透化處理的生物材料；

10、優(yōu)選地，

11、所述輕微通透化處理的生物材料為使得小分子物質(zhì)和一些較大分子物質(zhì)能夠自由地進出但細胞未裂解或細胞內(nèi)部有機結(jié)構(gòu)未破壞的生物材料；

12、所述強通透化處理的生物材料為細胞膜破壞細胞內(nèi)容物釋放的生物材料。

13、6.根據(jù)項5所述的水凝膠，其中，

14、所述輕微通透化處理是指在含有非離子表面活性劑的溶液中進行低溫處理，含有非離子表面活性劑的溶液的ph為7-8。

15、7.根據(jù)項6所述的水凝膠，其中，

16、含有非離子表面活性劑的溶液還包括鹽、緩沖液、牛血清蛋白中的一種或兩種以上。

17、8.根據(jù)項6所述的水凝膠，其中，

18、低溫處理的溫度為(-10℃～10℃)。

19、9.根據(jù)項6所述的水凝膠，其中，

20、所述非離子表面活性劑選自np40、triton?x-100、brij-35、tween-20、igepal?ca-630、octyl?glucoside中的一種或兩種以上。

21、10.一種可嵌入生物材料的水凝膠，其包含內(nèi)核凝膠材料和外殼層，所述外殼層的厚度為1-2μm。

22、11.根據(jù)項1-9任一項所述的水凝膠或項10所述的水凝膠，其中，所述內(nèi)核凝膠材料具有多孔結(jié)構(gòu)；

23、優(yōu)選地，

24、生物材料能夠嵌入所述內(nèi)核凝膠材料的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部；

25、進一步優(yōu)選地，

26、所述內(nèi)核凝膠材料的多孔結(jié)構(gòu)的孔徑為2-5μm，所述外殼層的多孔結(jié)構(gòu)的孔徑為24nm-86nm。

27、12.根據(jù)項1-11任一項所述的水凝膠，其中，

28、所述內(nèi)核凝膠材料選自葡聚糖(dextran)、聚乙烯醇(polyvinyl?alcohol)、羥丙基淀粉(hydroxypropyl?starches)、葡萄糖(glucose)中的一種或兩種以上；

29、優(yōu)選地，

30、所述內(nèi)核凝膠材料分子量為0.18kda-800kda。

31、進一步優(yōu)選地，

32、所述外殼層包括高分子量親水性聚合物和/或低分子量親水性聚合物，通過所述高分子量親水性聚合物和/或低分子量親水性聚合物使得所述外殼層具有多孔結(jié)構(gòu)；

33、更優(yōu)選地，

34、所述外殼層的親水性聚合物選自聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、聚丙二醇、環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷中的一種或兩種以上。

35、13.根據(jù)項1-11任一項所述的水凝膠，其中，

36、所述水凝膠中，所述內(nèi)核凝膠材料和所述外殼層的質(zhì)量比為(2-25)：

37、1，優(yōu)選為(5-20)：1。

38、14.項2-13中任一項所述的水凝膠的制備方法，其包括如下步驟：

39、生物材料包裹于內(nèi)核凝膠材料相中；

40、利用微流控操作通過控制內(nèi)核凝膠材料相、外殼層相、油相的固化或半固化生成水凝膠：

41、生物材料水凝膠中進行通透化處理，即得水凝膠；

42、內(nèi)核凝膠材料相為內(nèi)核凝膠材料的溶液；外殼層相為外殼層材料的溶液。

43、15.根據(jù)項14所述的方法，其中，

44、在生物材料包裹于內(nèi)核凝膠材料相中之前，所述內(nèi)核凝膠材料相和所述外殼層相預(yù)先混合后經(jīng)液-液分離處理后，得到分離后的內(nèi)核凝膠材料相和外殼層相。

45、16.根據(jù)項14或15所述的方法，其中，

46、所述內(nèi)核凝膠材料的濃度范圍為2％-50％。

47、17.根據(jù)項14或15所述的方法，其中，

48、所述外殼層相中，高分子量親水性聚合物的濃度范圍為3％-50％。

49、18.項1-13中任一項所述的水凝膠、項14-17中任一項方法制備的水凝膠在單細胞多組學(xué)建庫中的應(yīng)用。

50、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果為：

51、外殼層小孔徑的人工膜：實現(xiàn)可控的物質(zhì)交換(酶，引物和pcr擴增產(chǎn)物等)；內(nèi)核凝膠材料呈非中空的大孔徑基質(zhì)：可實現(xiàn)對生物分子膜系統(tǒng)的支撐及降低生物分子擴散效率的作用；內(nèi)核凝膠材料包含可進行通透化處理的生物分子：細胞透化步驟將會去除生物分子膜脂質(zhì)體，從而允許抗體等較大的分子進入到生物分子內(nèi)部，同時較好保存生物分子的生理特性。

52、本技術(shù)將生物分子包裹在水凝膠中，在此水凝膠中進行通透化處理，可增加生物分子通透化的強度及各種生物反應(yīng)兼容性。當通透化條件較為溫和時(即弱通透化處理或輕微通透化處理)內(nèi)部水凝膠可提高對生物膜分子起到支撐作用，可最大化保存生物膜結(jié)構(gòu)。當通透化條件較強時內(nèi)部水凝膠起到降低生物分子擴散效率的作用；同時，外部水凝膠膜可起到對物質(zhì)的選擇透過性作用。綜上，里外分子孔徑不同的水凝膠可進行高通量試劑添加或較少及防止生物分子交叉污染。

53、本技術(shù)里外分子孔徑不同的水凝膠平臺突破目前國際上油包水微液滴系統(tǒng)的限制，賦能高通量單細胞多組學(xué)文庫構(gòu)建；本技術(shù)對任何存在生物膜顆粒均適用。