發(fā)布時(shí)間：2017-03-23 02:21

  本文關(guān)鍵詞：新型多糖類水凝膠的設(shè)計(jì)、制備及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：索拉膠是一種全新的線性(1→3)-β-D-葡聚糖,分子中的吡喃葡聚糖主要以β構(gòu)型連接,其中含有少量的α構(gòu)型,我們實(shí)驗(yàn)室于2010年報(bào)道了這種全新的結(jié)構(gòu)。索拉膠由下列的重復(fù)單元組成：→3)-β-D-Glcp-(1→3)-[β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)]3-α-D-Glcp-(1→3)-a-D-Glcp-(1→。作為一種微生物p-葡聚糖,索拉膠具有極佳的流變性能以及生物活性包括抗氧化性以及食用安全性,它能夠在食品領(lǐng)域作為食物添加劑而使用,也能夠在醫(yī)藥行業(yè)作為治療以及預(yù)防便秘的藥物而使用。除此之外,索拉膠具有優(yōu)良的親水性,其分子中含有的大量羥基可以進(jìn)行化學(xué)改性。這些特性暗示著索拉膠也可以在水凝膠制備方面進(jìn)行應(yīng)用�；诖�,本論文利用索拉膠制備了一系列的水凝膠,并探究了這些凝膠的理化性質(zhì)包括熱穩(wěn)定性、形貌、溶脹能力、機(jī)械性能等,也考察了它們的生物相容性例如降解性能以及胞外毒性。最后研究了凝膠的細(xì)胞粘附性能以及藥物釋放行為,以此來開發(fā)索拉膠多糖類水凝膠在組織工程以及藥物釋放等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛能。論文的主要內(nèi)容以及結(jié)果如下：(1)新型索拉膠/聚(N,N-二甲基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸羥乙酯)半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠(Salecan/poly(DMAA-co-HEMA) semi-IPN水凝膠)的設(shè)計(jì)與制備Poly(DMAA-co-HEMA) (PDH)水凝膠的斷裂應(yīng)變數(shù)值過低、孔結(jié)構(gòu)過于致密而且不可降解,限制了其在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用。利用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)這一策略,在PDH網(wǎng)絡(luò)中加入索拉膠,設(shè)計(jì)并合成了一系列新型的Salecan/PDH semi-IPN水凝膠,將“高應(yīng)變性”理念引入到索拉膠水凝膠體系中,用以解決上述問題。索拉膠的加入明顯改善了凝膠的孔結(jié)構(gòu)：Salecan/PDH semi-IPN水凝膠展示了連續(xù)均勻的多孔結(jié)構(gòu),孔徑在6～41μm的范圍內(nèi)分布。壓縮性能測試證明了semi-IPN水凝膠具有理想的機(jī)械性能,壓縮模量在13.3～90.5 kPa范圍內(nèi)分布。PDH水凝膠的斷裂應(yīng)變數(shù)值低于50%,索拉膠的引入解決了這一弊端。索拉膠具有極好的流變性能,能夠更有效地耗損形變能,隨著索拉膠含量的提高,樣品的應(yīng)變數(shù)值可從71.1%升高到88.8%。在PBS水溶液中,Salecan/PDH semi-IPN水凝膠可以降解,索拉膠在降解過程中起到重要作用,其含量可以調(diào)控降解速率。胞外毒性分析證明了這些semi-IPN水凝膠對(duì)COS-7細(xì)胞完全無毒,材料體現(xiàn)出了良好的生物相容性,很有希望在組織工程領(lǐng)域獲得應(yīng)用。(2)孔徑可控的索拉膠／聚丙烯酰胺半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠(Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠)用于細(xì)胞粘附純PAAm水凝膠由于本身致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較低的親水性,使得細(xì)胞不能在其表面進(jìn)行粘附,在組織工程的應(yīng)用受到極大限制。通過互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與冷凍聚合技術(shù)的聯(lián)合使用,將“孔徑可控”機(jī)制引入到索拉膠為基礎(chǔ)的水凝膠體系中,設(shè)計(jì)并制備出Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠,很好地解決了上述問題。通過掃描電子顯微鏡的觀察,發(fā)現(xiàn)所有的semi-IPN水凝膠都展示了連續(xù)的并且分布均勻的多孔形態(tài),孔徑分布在5～150μm,分布范圍廣闊,超過了目前已報(bào)道的一些多糖類semi-IPN水凝膠的孔徑分布范圍�？讖酱笮】捎芍苽錅囟纫约八骼z與PAAm的用量比進(jìn)行精確調(diào)控。壓縮性能測試證明了semi-IPN水凝膠具有良好的機(jī)械性能,索拉膠含量的增加極大地提高了應(yīng)變數(shù)值。凍凝膠體現(xiàn)了極佳的形狀恢復(fù)性能,可以壓縮至100%的形變,凝膠本身沒有裂痕出現(xiàn)。胞外毒性實(shí)驗(yàn)證明了所有凝膠樣品對(duì)于COS-7細(xì)胞是無毒的。最重要的是,索拉膠的引入顯著改善了細(xì)胞粘附情況,COS-7細(xì)胞可以很好地在semi-IPN水凝膠表面生長。Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠也因此體現(xiàn)了在組織工程領(lǐng)域應(yīng)用的潛能。(3)pH敏感型索拉膠-g-聚丙烯酸水凝膠(Salecan-g-PAA水凝膠)用作藥物載體盡管PAA水凝膠具備理想的pH敏感性,但它單獨(dú)用作藥物載體時(shí),藥物釋放量過低且存在藥物突釋現(xiàn)象。為解決這一問題,將丙烯酸(AA)單體接枝共聚到索拉膠分子鏈上,設(shè)計(jì)出了Salecan-g-PAA水凝膠,成功地將pH響應(yīng)特性引入到索拉膠類藥物載體中,用于抗癌藥物阿霉素的釋放。溶脹行為測試發(fā)現(xiàn)凝膠的吸水率依賴于周圍環(huán)境的pH值、鹽的類型、鹽溶液的濃度、索拉膠以及BAAm的用量。凝膠在pH 1.2的環(huán)境下處于收縮狀態(tài),而在pH 6.86的條件下則達(dá)到最大的溶脹數(shù)值。阿霉素的負(fù)載率較高,可達(dá)69.4%。重要的是,材料展示了pH可控的、延遲的釋放過程。SPA2在pH 7.4的PBS溶液中,24小時(shí)僅釋放了12.3%的阿霉素,而在pH4.0的PBS溶液中,前6小時(shí)的釋放量已經(jīng)超過40%。索拉膠的加入極大地提高了阿霉素的釋放量,24小時(shí)后,SPA3的釋放量可達(dá)68.1%。胞外毒性測試證明了所有空白凝膠對(duì)于A549細(xì)胞是無毒的,由負(fù)載藥物凝膠釋放出的阿霉素保持了較高的生物活性,具有較強(qiáng)的癌細(xì)胞殺傷力。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明Salecan-g-PAA水凝膠很有希望用作抗癌藥物載體。(4)氧化還原/pH雙重響應(yīng)的可降解型索拉膠-g-SS-聚(衣康酸-co-甲基丙烯酸羥乙酯)水凝膠(Salecan-g-SS-poly(IA-co-HEMA)(PIH)水凝膠)用作藥物載體在索拉膠、衣康酸(IA)以及甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)體系中引入氧化還原降解機(jī)制的二硫鍵交聯(lián)劑N,N’-雙(丙烯酰)胱胺(BAC),通過對(duì)索拉膠分子鏈進(jìn)行修飾,設(shè)計(jì)并合成了氧化還原/pH雙重響應(yīng)的可降解型Salecan-g-SS-PIH水凝膠,用作藥物載體。與使用BAAm作為交聯(lián)劑的傳統(tǒng)接枝聚合物水凝膠相比,BAC的加入使得材料具備了可降解性,更加符合藥物載體的要求。溶脹的凝膠具有極好的包裹能力,并可與帶正電荷的阿霉素產(chǎn)生靜電作用力,吸附效率可達(dá)76.9%。體外釋放實(shí)驗(yàn)展示了延遲、可控以及pH敏感的釋放行為,SPIH2在pH 6.8以及7.4的PBS溶液中,48小時(shí)僅釋放了17.7%以及13.5%的阿霉素,而在pH 3.2的PBS溶液中,相同時(shí)間的釋放量已經(jīng)達(dá)到64.7%。索拉膠含量最高的SPIH3,由于其較高的吸水率(30.2g/g)以及較大的孔徑(82.6μm),48小時(shí)的釋放量為71.2%。所有空白凝膠對(duì)于A549以及COS-7細(xì)胞是無毒的,而負(fù)載藥物凝膠釋放出的阿霉素完全進(jìn)入了A549細(xì)胞,保持了較高的生物活性。10 μg/mL的釋放液可以殺死將近70%的A549細(xì)胞。在40 mM二硫蘇糖醇的PBS溶液中,二硫鍵完全斷裂,使得凝膠完成降解,降解周期為8天,長于藥物釋放周期(2天)。基于此可以看出,在以索拉膠為基礎(chǔ)的凝膠系統(tǒng)中引入氧化還原性降解機(jī)制的二硫鍵是設(shè)計(jì)安全、高效抗癌藥物載體的有效策略。(5)新型索拉膠／聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-N-(羥甲基)丙烯酰胺)超吸水性水凝膠(Salecan/poly(AMPS-co-HMAA) superabsorbent水凝膠)的設(shè)計(jì)與制備Poly(AMPS-co-HMAA) (PAH)水凝膠吸水性較強(qiáng),但是不可降解,使其在環(huán)境工程等領(lǐng)域的應(yīng)用受到極大限制。為解決這一問題,利用PAH作為基質(zhì)網(wǎng)絡(luò),索拉膠作為線性分子與其互穿制備了Salecan/PAH semi-IPN水凝膠,同時(shí)將“超吸水性”概念引入到索拉膠為基礎(chǔ)的水凝膠當(dāng)中。材料具備pH及鹽敏感性,吸水率按照下列順序降低：一價(jià)的K+二價(jià)的Ca2+三價(jià)的Al3+。隨著索拉膠加入到PAH網(wǎng)絡(luò)中,所有的semi-IPN超吸水性水凝膠都展示了極高的吸水率,超過了目前已報(bào)道的一些多糖水凝膠的吸水率數(shù)值。索拉膠含量最高的SPAH3展示了82.7g/g的吸水率,而交聯(lián)密度最高的SPAH6則具備極佳的保水能力。降解實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Salecan/PAH semi-IPN超吸水性水凝膠因?yàn)樗骼z的引入而可以降解,降解速率也隨著索拉膠含量的增加而變大,索拉膠含量最高的SPAH3在69天內(nèi)剩余量僅為1.8%。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果使材料在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的可能性大大提高。
【關(guān)鍵詞】：索拉膠 水凝膠 高應(yīng)變性 孔徑可控 氧化還原/pH敏感 可降解 超吸水性
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ427.26
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 注釋表17-18
• 1 緒論18-44
• 1.1 天然多糖18-20
• 1.1.1 天然多糖概述18
• 1.1.2 索拉膠18-20
• 1.2 水凝膠20-22
• 1.2.1 水凝膠的定義及分類20-21
• 1.2.2 水凝膠的制備21-22
• 1.3 多糖類水凝膠的研究現(xiàn)狀22-29
• 1.3.1 多糖類互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠22-24
• 1.3.2 多糖類接枝共聚水凝膠24-25
• 1.3.3 多糖類大孔凍凝膠25-26
• 1.3.4 多糖類智能水凝膠26-29
• 1.4 多糖類水凝膠在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用29-32
• 1.4.1 多糖類水凝膠在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用29-31
• 1.4.2 多糖類水凝膠在藥物釋放領(lǐng)域的應(yīng)用31-32
• 1.5 論文的研究目的及主要研究內(nèi)容32-34
• 1.5.1 研究目的32
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容32-34
• 參考文獻(xiàn)34-44
• 2 索拉膠/聚(N,N-二甲基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸羥乙酯)半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠44-64
• 2.1 引言44
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分44-48
• 2.2.1 原料與儀器44-45
• 2.2.2 Salecan/PDH semi-IPN水凝膠的制備45-46
• 2.2.3 Salecan/PDH semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)表征46
• 2.2.4 熱重分析(TGA)表征46
• 2.2.5 溶脹行為測試46-47
• 2.2.6 保水能力測試47
• 2.2.7 形貌表征47
• 2.2.8 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試47
• 2.2.9 壓縮性能測試47
• 2.2.10 體外降解實(shí)驗(yàn)47-48
• 2.2.11 胞外毒性評(píng)估48
• 2.3 結(jié)果與討論48-57
• 2.3.1 Salecan/PDH semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)分析48-51
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性分析51
• 2.3.3 溶脹行為分析51-53
• 2.3.4 保水能力分析53-54
• 2.3.5 SEM形貌觀察54
• 2.3.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析54-55
• 2.3.7 壓縮性能分析55-56
• 2.3.8 體外降解以及機(jī)理分析56
• 2.3.9 胞外毒性評(píng)估56-57
• 2.4 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 3 孔徑可控的索拉膠/聚丙烯酰胺半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備及細(xì)胞粘附性能研究64-88
• 3.1 引言64-65
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分65-68
• 3.2.1 原料與儀器65
• 3.2.2 Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠的制備65-66
• 3.2.3 Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)表征66-67
• 3.2.4 熱重分析(TGA)表征67
• 3.2.5 形貌表征67
• 3.2.6 溶脹行為測試67
• 3.2.7 壓縮性能測試67
• 3.2.8 降解實(shí)驗(yàn)67
• 3.2.9 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)67-68
• 3.3 結(jié)果與討論68-80
• 3.3.1 Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠的制備機(jī)理68-69
• 3.3.2 Salecan/PAAm semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)分析69-71
• 3.3.3 熱穩(wěn)定性分析71-72
• 3.3.4 SEM孔結(jié)構(gòu)觀察72-73
• 3.3.5 溶脹行為測試73-76
• 3.3.6 壓縮性能分析76-78
• 3.3.7 體外降解以及機(jī)理分析78-79
• 3.3.8 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)79-80
• 3.4 本章小結(jié)80-81
• 參考文獻(xiàn)81-88
• 4 pH敏感型索拉膠-g-聚丙烯酸水凝膠的設(shè)計(jì)、制備及藥物釋放行為研究88-112
• 4.1 引言88
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分88-93
• 4.2.1 原料與儀器88-89
• 4.2.2 Salecan-g-PAA水凝膠的制備89-90
• 4.2.3 Salecan-g-PAA水凝膠的結(jié)構(gòu)表征90-91
• 4.2.4 熱重分析(TGA)表征91
• 4.2.5 溶脹行為測試91
• 4.2.6 保水能力測試91
• 4.2.7 形貌表征91
• 4.2.8 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試91
• 4.2.9 藥物釋放實(shí)驗(yàn)91-92
• 4.2.10 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)92-93
• 4.3 結(jié)果與討論93-103
• 4.3.1 Salecan-g-PAA水凝膠的制備機(jī)理93
• 4.3.2 Salecan-g-PAA水凝膠的結(jié)構(gòu)分析93-95
• 4.3.3 熱穩(wěn)定性分析95-96
• 4.3.4 溶脹行為研究96-98
• 4.3.5 保水能力分析98
• 4.3.6 SEM形貌分析98-99
• 4.3.7 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析99-100
• 4.3.8 體外釋放實(shí)驗(yàn)以及釋放機(jī)理分析100-102
• 4.3.9 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)102-103
• 4.4 本章小結(jié)103-105
• 參考文獻(xiàn)105-112
• 5 氧化還原/pH雙重響應(yīng)的可降解型索拉膠-g-SS-聚(衣康酸-co-甲基丙烯酸羥乙酯)水凝膠112-135
• 5.1 引言112-113
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分113-117
• 5.2.1 原料與儀器113
• 5.2.2 Salecan-g-SS-PIH水凝膠的制備113-114
• 5.2.3 Salecan-g-SS-PIH水凝膠的結(jié)構(gòu)表征114-115
• 5.2.4 熱重分析(TGA)表征115
• 5.2.5 形貌表征115
• 5.2.6 溶脹行為測試115
• 5.2.7 藥物釋放實(shí)驗(yàn)115-116
• 5.2.8 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)116-117
• 5.2.9 體外降解實(shí)驗(yàn)117
• 5.3 結(jié)果與討論117-128
• 5.3.1 Salecan-g-SS-PIH水凝膠的制備117
• 5.3.2 Salecan-g-SS-PIH水凝膠的結(jié)構(gòu)分析117-119
• 5.3.3 熱穩(wěn)定性分析119-121
• 5.3.4 SEM分析121
• 5.3.5 溶脹行為研究121-122
• 5.3.6 保水能力分析122-123
• 5.3.7 釋放行為以及釋放機(jī)理分析123-125
• 5.3.8 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)125-127
• 5.3.9 體外降解以及機(jī)理分析127-128
• 5.4 本章小結(jié)128-129
• 參考文獻(xiàn)129-135
• 6 索拉膠/聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-N-(羥甲基)丙烯酰胺)超吸水性水凝膠135-151
• 6.1 引言135-136
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分136-139
• 6.2.1 原料與儀器136
• 6.2.2 Salecan/PAH semi-IPN水凝膠的制備136-137
• 6.2.3 Salecan/PAH semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)表征137-138
• 6.2.4 熱重分析(TGA)表征138
• 6.2.5 溶脹行為測試138
• 6.2.6 保水能力測試138
• 6.2.7 形貌表征138-139
• 6.2.8 降解實(shí)驗(yàn)139
• 6.3 結(jié)果與討論139-146
• 6.3.1 Salecan/PAH semi-IPN水凝膠的結(jié)構(gòu)分析139-141
• 6.3.2 熱穩(wěn)定性分析141-142
• 6.3.3 pH、鹽敏感的溶脹行為測試142-143
• 6.3.4 保水能力研究143-144
• 6.3.5 SEM形貌分析144-145
• 6.3.6 體外降解分析145-146
• 6.4 本章小結(jié)146-147
• 參考文獻(xiàn)147-151
• 7 結(jié)論151-155
• 7.1 要結(jié)論151-154
• 7.2 本課題創(chuàng)新點(diǎn)154
• 7.3 研究展望154-155
• 致謝155-156
• 附錄156

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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3 高慧英;張勇;姚菊明;;亞麻廢紗制備的纖維素基高吸水保水樹脂及其性能[J];紡織學(xué)報(bào);2013年12期

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本文編號(hào)：262736