發(fā)布時間：2017-05-09 11:18

  本文關(guān)鍵詞：酶法和原位化學(xué)連接法交聯(lián)生物高分子水凝膠的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：天然高分子水凝膠具有優(yōu)良的生物相容性、可降解性等優(yōu)點(diǎn),但通常力學(xué)強(qiáng)度較差�；瘜W(xué)交聯(lián)可以提高力學(xué)性能,不足之處是交聯(lián)劑的殘留常常會引起毒性反應(yīng),限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。為克服這些缺陷,本課題以透明質(zhì)酸(HA)、明膠、聚谷氨酸(PGA)和聚賴氨酸(EPL)等天然高分子為原料,采用酶法、原位化學(xué)連接法(NCL)研究制備了一系列生物水凝膠,并進(jìn)一步通過互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高水凝膠的力學(xué)強(qiáng)度。論文還系統(tǒng)研究了生物水凝膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)、降解性、生物相容性等,具體如下：第一章中,通過自然化學(xué)連接反應(yīng)(NCL)制備雜化聚氨基酸生物水凝膠。首先,合成了高半胱氨酸硫內(nèi)酯接枝聚谷氨酸前體大分子PGA-HC和半胱氨酸接枝聚賴氨酸前體大分子EPL-C。兩種前體大分子室溫下通過NCL反應(yīng)交聯(lián)成聚氨基酸水凝膠,凝膠化時間為40-100分鐘；通過改變前體大分子的組成,水凝膠的壓縮強(qiáng)度可以在40-60 KPa之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外,研究了水凝膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)、平衡含水量、體外降解性、生物相容性等。結(jié)果顯示,雜化聚氨基酸生物水凝膠具有通孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu),可調(diào)節(jié)的平衡含水量且具有良好的生物相容性。第二章采用NCL方法設(shè)計(jì)制備了聚谷氨酸(PGA)水凝膠。采用半胱氨酸(C)接枝修飾的PGA前體大分子PGA-C與PGA-HC前體大分子混合,在溫和的條件下通過自然化學(xué)連接反應(yīng)得到純PGA水凝膠,凝膠化時間可以在3.5-8小時內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),壓縮強(qiáng)度為241.9-347.5 KPa。此外,詳細(xì)分析了水凝膠樣品的形態(tài)結(jié)構(gòu)、平衡含水量、酶降解行為、溶脹性、生物相容性等。結(jié)果顯示,NCL法制備的純PGA水凝膠具有可調(diào)節(jié)的含水量,不同前體組分的PGA水凝膠均顯示出優(yōu)良的生物相容性。第三章利用酶法交聯(lián)制備原位可注射聚谷氨酸(PGA)水凝膠。首先,合成了酪胺(Ty)接枝聚谷氨酸前體大分子PGA-Ty。之后,在辣根過氧化物酶(HRP)和低濃度雙氧水(10mmol/L)共同存在下,PGA-Ty溶液發(fā)生酶交聯(lián)反應(yīng),得到PGA水凝膠,其凝膠化時間為10±2s,壓縮強(qiáng)度在3796.7-11568.6 Pa之間,平衡含水量可在13.2-18.1之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷凍干燥PGA水凝膠得到多孔支架,其內(nèi)部孔徑在10到100微米之間。采用MTT方法評價(jià),結(jié)果表明PGA水凝膠無任何毒性。第四章采用雙酶交聯(lián)方法,研究制備明膠/透明質(zhì)酸互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)生物水凝膠。將透明質(zhì)酸酪胺大分子前體(HA-Ty)溶液和明膠溶液混合,在辣根過氧化物酶(HRP)和谷胺轉(zhuǎn)氨酶(mTG)共同存在下,37℃水浴中制備得到IPN水凝膠。流變學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：HRP交聯(lián)HA-Ty形成一個網(wǎng)絡(luò)；mTG交聯(lián)明膠形成另一個網(wǎng)絡(luò),兩個網(wǎng)絡(luò)交叉互穿,并彼此獨(dú)立。得到的雙酶交聯(lián)IPN水凝膠的壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)高于單酶交聯(lián)水凝膠,高于半互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠,降解行為可控。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證明,IPN水凝膠具有良好生物相容性,且對小鼠成纖維細(xì)胞(L929)的遷移、增殖有著良好的促進(jìn)作用。論文選用溫和的交聯(lián)方法,成功制備出一系列生物大分子水凝膠,具有良好的生物相容性、力學(xué)性能、降解性、含水量等在一定范圍內(nèi)可調(diào)控,有望用于組織工程支架、創(chuàng)傷修復(fù)材料、藥物或細(xì)胞載體等。
【關(guān)鍵詞】：天然高分子 生物水凝膠 酶交聯(lián) 原位化學(xué)連接 力學(xué)性能 生物相容性
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O648.17
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-65
• 1.1 生物醫(yī)用高分子水凝膠概述15-16
• 1.2 生物醫(yī)用高分子水凝膠基底材料16-30
• 1.2.1 合成高分子16-21
• 1.2.1.1 Poly(ethylene glycol)聚乙二醇基水凝膠16-17
• 1.2.1.2 Poly(vinyl alcohol)聚乙烯醇基水凝膠17-19
• 1.2.1.3 Polyphosphazenes聚膦腈基水凝膠19-20
• 1.2.1.4 其他常用合成高分子基水凝膠20-21
• 1.2.2 天然高分子21-28
• 1.2.2.1 (Hyaluronic acid)透明質(zhì)酸基天然高分子水凝膠21-23
• 1.2.2.2 (Chitosan)殼聚糖基天然高分子水凝膠23-24
• 1.2.2.3 (Gelatin)明膠基天然高分子水凝膠24-25
• 1.2.2.4 Poly(glutamic acid)聚谷氨酸基天然高分子水凝膠25-27
• 1.2.2.5 其他天然高分子基水凝膠27-28
• 1.2.3 多肽基水凝膠28-30
• 1.3 生物醫(yī)用高分子水凝膠交聯(lián)方法30-42
• 1.3.1 化學(xué)交聯(lián)30-37
• 1.3.1.1 自由基交聯(lián)法30-31
• 1.3.1.2 點(diǎn)擊化學(xué)交聯(lián)法31-37
• 1.3.1.2.1 Diels-Alder反應(yīng)31-33
• 1.3.1.2.2 Thiol-ene反應(yīng)33-34
• 1.3.1.2.3 邁克爾加成(Michael-addition)反應(yīng)34-35
• 1.3.1.2.4 自然化學(xué)連接(Native Chemical Ligation)反應(yīng)35-37
• 1.3.2 物理交聯(lián)37-39
• 1.3.2.1 離子交聯(lián)法37-38
• 1.3.2.2 氫鍵交聯(lián)法38
• 1.3.2.3 熱致交聯(lián)法38-39
• 1.3.3 酶交聯(lián)39-42
• 1.3.3.1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶(mTG)39-40
• 1.3.3.2 辣根過氧化物酶(HRP)40-41
• 1.3.3.3 磷酸酶41-42
• 1.4 生物醫(yī)用高分子水凝膠應(yīng)用領(lǐng)域42-47
• 1.4.1 皮膚及創(chuàng)傷修復(fù)42-43
• 1.4.2 神經(jīng)再生43-44
• 1.4.3 肝臟再生44-45
• 1.4.4 生殖醫(yī)學(xué)45
• 1.4.5 肌肉骨骼45-46
• 1.4.6 角膜接觸鏡46-47
• 1.5 領(lǐng)域展望47
• 1.6 本論文研究目的及主要內(nèi)容47-50
• 參考文獻(xiàn)50-65
• 第二章 NCL方法制備PGA/EPL基生物醫(yī)用水凝膠65-87
• 2.1 引言65-66
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分66-73
• 2.2.1 試劑與儀器66-67
• 2.2.2 接枝半胱氨酸(C)的前體大分子EPL-C的合成67-69
• 2.2.3 接枝硫內(nèi)酯(HC)的前體大分子PGA-HC的合成69-70
• 2.2.4 NCL水凝膠制備70-71
• 2.2.5 平衡含水量測試71
• 2.2.6 形態(tài)結(jié)構(gòu)71-72
• 2.2.7 力學(xué)性能72
• 2.2.8 體外降解及溶脹實(shí)驗(yàn)72-73
• 2.2.9 體外細(xì)胞毒性評價(jià)73
• 2.3 結(jié)果與討論73-81
• 2.3.1 兩種前體的合成73-74
• 2.3.2 水凝膠的制備74-76
• 2.3.3 平衡含水量76-77
• 2.3.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)77-78
• 2.3.5 力學(xué)性能78-79
• 2.3.6 體外降解及溶脹79-80
• 2.3.7 體外細(xì)胞毒性評價(jià)80-81
• 2.4 本章小結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 第三章 NCL方法制備PGA基生物醫(yī)用水凝膠87-103
• 3.1 引言87
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分87-94
• 3.2.1 試劑與儀器87-88
• 3.2.2 接枝半胱氨酸(C)的前體大分子PGA-C的合成88-90
• 3.2.3 接枝硫內(nèi)酯(HC)的前體大分子PGA-HC的合成90-91
• 3.2.4 水凝膠的制備91-92
• 3.2.5 平衡含水量測試92
• 3.2.6 形態(tài)結(jié)構(gòu)92-93
• 3.2.7 力學(xué)性能93
• 3.2.8 體外酶降解及溶脹實(shí)驗(yàn)93
• 3.2.9 體外細(xì)胞毒性評價(jià)93-94
• 3.3 結(jié)果與討論94-101
• 3.3.1 兩種前體的合成94-95
• 3.3.2 水凝膠的制備95-96
• 3.3.3 平衡含水量96-97
• 3.3.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)97-98
• 3.3.5 力學(xué)性能98-99
• 3.3.6 體外酶降解及溶脹99-100
• 3.3.7 體外細(xì)胞毒性評價(jià)100-101
• 3.4 本章小結(jié)101-102
• 參考文獻(xiàn)102-103
• 第四章 可注射酶交聯(lián)PGA水凝膠的制備與表征103-123
• 4.1 引言103-104
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分104-109
• 4.2.1 試劑與儀器104-105
• 4.2.2 酪胺接枝聚谷氨酸前體PGA-Ty的合成105-106
• 4.2.3 PGA-Ty水凝膠的制備106-107
• 4.2.4 水凝膠平衡含水量測試107
• 4.2.5 形態(tài)結(jié)構(gòu)107
• 4.2.6 力學(xué)性能107-108
• 4.2.7 體外酶降解實(shí)驗(yàn)108
• 4.2.8 體外細(xì)胞毒性評價(jià)108-109
• 4.3 結(jié)果與討論109-117
• 4.3.1 酪胺接枝聚谷氨酸前體PGA-Ty的合成109-111
• 4.3.2 原位形成PGA-Ty水凝膠111-112
• 4.3.3 平衡含水量112-113
• 4.3.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)113-114
• 4.3.5 力學(xué)性能114-115
• 4.3.6 體外酶降解115-116
• 4.3.7 體外細(xì)胞毒性評價(jià)116-117
• 4.4 本章小結(jié)117-118
• 參考文獻(xiàn)118-123
• 第五章 雙酶法明膠/透明質(zhì)酸基互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備與表征123-143
• 5.1 引言123-124
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分124-130
• 5.2.1 試劑與儀器124-125
• 5.2.2 酪胺接枝透明質(zhì)酸大分子的合成125-126
• 5.2.3 流變測試126-127
• 5.2.4 互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備127-128
• 5.2.5 平衡含水量測試128
• 5.2.6 力學(xué)性能128-129
• 5.2.7 體外酶降解實(shí)驗(yàn)129
• 5.2.8 體外細(xì)胞毒性評價(jià)129
• 5.2.9 細(xì)胞接種及影像129-130
• 5.2.10 統(tǒng)計(jì)分析130
• 5.3 結(jié)果與討論130-139
• 5.3.1 流變學(xué)研究131-133
• 5.3.2 力學(xué)性能133-135
• 5.3.3 體外酶降解135-136
• 5.3.4 平衡含水量測試136-137
• 5.3.5 體外細(xì)胞毒性評價(jià)137-138
• 5.3.6 細(xì)胞接種及影像138-139
• 5.4 本章小結(jié)139-140
• 參考文獻(xiàn)140-143
• 第六章 全文總結(jié)與展望143-147
• 6.1 全文總結(jié)143-145
• 6.2 展望145-147
• 附錄 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專利147-149
• 致謝149

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