本文關(guān)鍵詞：基于Diels-Alder反應(yīng)的多功能水凝膠的設(shè)計(jì)及其在軟骨組織工程中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：關(guān)節(jié)軟骨組織由于其特殊的生理結(jié)構(gòu),一旦損傷,幾乎沒有自我修復(fù)能力。同時(shí),臨床上的軟骨治療方法和技術(shù)存在局限性,并不能真正實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨組織的修復(fù)與再生。利用軟骨組織工程的策略實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)是目前最主要的途徑之一。其中,水凝膠支架由于其含水量高、與天然軟骨組織的粘彈性特征相似、能夠保持軟骨細(xì)胞表型、可原位成型減少外科手術(shù)復(fù)雜性等多方面優(yōu)勢(shì),已成為一種較為理想的軟骨組織工程支架材料。新一代的軟骨組織工程水凝膠材料應(yīng)針對(duì)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)過程所存在的突出問題,個(gè)性化的去設(shè)計(jì)并構(gòu)建,使其具有智能性和功能性,能夠有效的調(diào)控細(xì)胞行為和功能,積極參與損傷組織的修復(fù)過程,而不僅僅只為細(xì)胞提供三維支撐的作用。了解組織修復(fù)過程中細(xì)胞與其三維微環(huán)境中各種物理的(幾何結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)密度,力學(xué)參數(shù)等)和生物化學(xué)的(生長因子,活性多肽、激素藥物等)各種刺激因子之間的作用機(jī)制對(duì)新一代水凝膠支架材料的設(shè)計(jì)至關(guān)重要�；诖�,本論文以解決傳統(tǒng)水凝膠在軟骨組織工程應(yīng)用中存在的各種問題,設(shè)計(jì)并制備了一系列具有某些特殊功能的水凝膠體系。首先,為了解決傳統(tǒng)水凝膠力學(xué)性能差的問題,本文通過Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法制備了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完善的透明質(zhì)酸/聚乙二醇復(fù)合水凝膠。此水凝膠的力學(xué)性能精確可控,其中壓縮模量在4k Pa-70k Pa內(nèi)可調(diào)。同時(shí)水凝膠還具有優(yōu)異的形變回復(fù)性,抗壓疲勞特性,實(shí)驗(yàn)表明其可以承載兩千次的循環(huán)力學(xué)加載過程。初步的細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)證明此水凝膠具有良好的細(xì)胞相容性,但是其較長的凝膠化時(shí)間并不適合細(xì)胞原位包封。為了保證水凝膠力學(xué)性能的同時(shí)使其具有可注射性功能,本文結(jié)合Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法和酶交聯(lián)法,合成了雙交聯(lián)水凝膠體系。此水凝膠不僅能保持良好的抗壓疲勞特性,且凝膠化時(shí)間短而可控(5min內(nèi)即可成膠),是一種力學(xué)性能優(yōu)異的可注射型水凝膠。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,包封在此水凝膠里的ATDC-5細(xì)胞具有良好細(xì)胞活性,細(xì)胞快速增殖。同時(shí)通過基因表達(dá)水平的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),此水凝膠能有效的促進(jìn)ATDC-5細(xì)胞向軟骨細(xì)胞的分化,使得II型膠原和糖胺聚糖的表達(dá)顯著上調(diào)�？紤]到關(guān)節(jié)軟骨組織的自修復(fù)能力有限,設(shè)計(jì)具有自愈合性能的水凝膠作為軟骨組織工程支架材料將有望彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。因此,本文結(jié)合Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法和動(dòng)態(tài)化學(xué)交聯(lián)酰腙鍵,制備了一種可注射成型的自愈合水凝膠。該水凝膠與傳統(tǒng)的自愈合水凝膠比,不僅力學(xué)性能有明顯的提高,并且具有p H敏感性。環(huán)境p H值的改變?nèi)缤_關(guān)可以打開或關(guān)閉水凝膠的部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而調(diào)控水凝膠的交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在生理?xiàng)l件下,切開后的水凝膠在動(dòng)態(tài)酰腙鍵的推動(dòng)下會(huì)慢慢愈合,最終變成完整水凝膠。最后,為了個(gè)性化的構(gòu)建水凝膠空間生物化學(xué)微環(huán)境,實(shí)現(xiàn)在三維空間上對(duì)細(xì)胞行為和功能的精確調(diào)控,本文基于Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng),結(jié)合紫外光刻技術(shù),實(shí)現(xiàn)了水凝膠的三維空間圖案功能化修飾,即成功地將RGD多肽接枝到水凝膠三維特定區(qū)域。并且通過調(diào)節(jié)紫外光的強(qiáng)度和曝光時(shí)間可以控制引入分子的濃度和深度�？偠灾�,從水凝膠的結(jié)構(gòu)、性能和功能上去模擬軟骨細(xì)胞天然的細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境,有利于關(guān)節(jié)軟骨組織的再生與重建,是解決關(guān)節(jié)軟骨組織難修復(fù)這個(gè)世界難題的有效途徑。
【關(guān)鍵詞】：關(guān)節(jié)軟骨 水凝膠 Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué) 自愈合 圖案化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R318.08;O648.17;R684
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 縮略詞簡表9-15
• 第一章 緒論15-44
• 1.1 引言15
• 1.2 關(guān)節(jié)軟骨損傷和修復(fù)15-19
• 1.2.1 關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)與功能15-17
• 1.2.2 關(guān)節(jié)軟骨的損傷和治療手段17-19
• 1.3 軟骨組織工程支架材料的發(fā)展及應(yīng)用19-23
• 1.3.1 固體多孔支架20-21
• 1.3.2 纖維編織網(wǎng)絡(luò)支架21-22
• 1.3.3 水凝膠支架22-23
• 1.4 水凝膠支架的功能化23-37
• 1.4.1 關(guān)節(jié)軟骨仿生水凝膠23-30
• 1.4.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)型水凝膠30-32
• 1.4.3 三維圖案化水凝膠32-35
• 1.4.4 具有組織界面結(jié)合特性水凝膠35-37
• 1.5 外界力學(xué)刺激37-39
• 1.6 課題的研究目的意義內(nèi)容與創(chuàng)新39-44
• 1.6.1 研究目的與意義39-40
• 1.6.2 研究內(nèi)容40-41
• 1.6.3 研究技術(shù)路線41-42
• 1.6.4 研究創(chuàng)新點(diǎn)42-44
• 第二章 Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法制備HA/PEG復(fù)合水凝膠44-70
• 2.1 引言44
• 2.2 表征設(shè)備與試劑44-45
• 2.2.1 表征設(shè)備44-45
• 2.2.2 試劑名稱45
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法45-48
• 2.3.1 呋喃根修飾的透明質(zhì)酸的制備45-46
• 2.3.2 透明質(zhì)酸/聚乙二醇水凝膠的制備46
• 2.3.3 水凝膠的凝膠化時(shí)間46-47
• 2.3.4 水凝膠的形貌47
• 2.3.5 水凝膠的溶脹性能47
• 2.3.6 水凝膠的力學(xué)性能47
• 2.3.7 水凝膠的降解性能47
• 2.3.8 水凝膠的生物相容性47-48
• 2.3.9 ATDC-5 細(xì)胞在水凝膠中的三維培養(yǎng)48
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論48-68
• 2.4.1 呋喃根修飾后的透明質(zhì)酸表征48-49
• 2.4.2 水凝膠的形成機(jī)理及凝膠化時(shí)間49-52
• 2.4.3 水凝膠的形貌特征52-53
• 2.4.4 水凝膠的溶脹性能53-54
• 2.4.5 水凝膠力學(xué)性能54-59
• 2.4.6 聚乙二醇分子量對(duì)水凝膠力學(xué)性能的影響59-65
• 2.4.7 水凝膠的降解性能65-66
• 2.4.8 水凝膠的細(xì)胞相容性66-68
• 2.5 本章小結(jié)68-70
• 第三章 Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法結(jié)合酶交聯(lián)法制備雙交聯(lián)HA/PEG可注射型水凝膠70-96
• 3.1 引言70
• 3.2 表征設(shè)備與試劑70-72
• 3.2.1 表征設(shè)備70-71
• 3.2.2 試劑名稱71-72
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法72-75
• 3.3.1 呋喃根及酪胺修飾的透明質(zhì)酸的制備（HA-furan-TA）72
• 3.3.2 透明質(zhì)酸/聚乙二醇水凝膠的制備72-73
• 3.3.3 水凝膠的凝膠化時(shí)間73
• 3.3.5 水凝膠的溶脹性能73
• 3.3.6 水凝膠的力學(xué)性能73
• 3.3.7 水凝膠的生物相容性73
• 3.3.8 RT-PCR檢測(cè)軟骨特征基因表達(dá)水平73-75
• 3.3.9 酪氨酸氧化酶催化改性75
• 3.3.10改性后水凝膠與軟骨組織的界面結(jié)合性能75
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論75-94
• 3.4.1 呋喃根修飾后的透明質(zhì)酸表征75-77
• 3.4.2 水凝膠的形成機(jī)理及可注射性77-79
• 3.4.3 凝膠化時(shí)間79-81
• 3.4.4 水凝膠的溶脹性能81-82
• 3.4.5 水凝膠力學(xué)性能82-86
• 3.4.6 水凝膠的細(xì)胞相容性86-89
• 3.4.7 酪氨酸氧化酶的氧化改性89-91
• 3.4.8 DA交聯(lián)水凝膠的界面結(jié)合特性91-94
• 3.5 本章小結(jié)94-96
• 第四章 基于Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法設(shè)計(jì)并制備自愈合水凝膠96-116
• 4.1 引言96-97
• 4.2 表征設(shè)備與試劑97-98
• 4.2.1 表征設(shè)備97-98
• 4.2.2 試劑名稱98
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法98-101
• 4.3.1 呋喃根和己二酰肼修飾的透明質(zhì)酸的制備（HA-furan-ADH）98-99
• 4.3.2 HA-furan在高碘酸鈉下的氧化反應(yīng)（HA-furan-CHO）99
• 4.3.3 可逆酰腙鍵單交聯(lián)水凝膠(SN)和雙交聯(lián)水凝膠(DN)的制備99
• 4.3.4 SN和DN水凝膠的凝膠化時(shí)間99
• 4.3.5 SN和DN水凝膠的溶脹性能99-100
• 4.3.6 SN和DN水凝膠的p H敏感性100
• 4.3.7 SN和DN水凝膠的自愈合特性100
• 4.3.8 SN和DN水凝膠的力學(xué)性能100
• 4.3.9 ATDC-5 細(xì)胞在DN水凝膠中的三維培養(yǎng)100-101
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論101-114
• 4.4.1 修飾后的透明質(zhì)酸的表征101-104
• 4.4.2 水凝膠的形成機(jī)理及凝膠化時(shí)間104-105
• 4.4.3 SN和DN水凝膠在去離子水中的溶脹特征105-106
• 4.4.4 SN和DN水凝膠在酸性溶液中的溶脹特性106-108
• 4.4.5 SN和DN水凝膠的自愈合特性108-109
• 4.4.6 SN和DN水凝膠的力學(xué)性能109-110
• 4.4.7 DN水凝膠的p H敏感性110-113
• 4.4.8 水凝膠的細(xì)胞相容性113-114
• 4.5 總結(jié)114-116
• 第五章 Diels-Alder點(diǎn)擊化學(xué)法交聯(lián)水凝膠的三維空間圖案化116-132
• 5.1 引言116-118
• 5.2 表征設(shè)備與試劑118-119
• 5.2.1 表征設(shè)備118
• 5.2.2 試劑名稱118-119
• 5.3 實(shí)驗(yàn)方法119-121
• 5.3.1 DA反應(yīng)產(chǎn)物與巰基之間的紫外光引發(fā)反應(yīng)驗(yàn)證119-120
• 5.3.2 核磁表征(N-NMR)120
• 5.3.3 DA交聯(lián)的透明質(zhì)酸/聚乙二醇水凝膠的制備120
• 5.3.4 3-巰基丙酸在水凝膠內(nèi)的圖案化修飾120
• 5.3.5 FITC-標(biāo)記的CRGD多肽在水凝膠中的圖案化修飾120
• 5.3.6 水凝膠圖案化表征方法120-121
• 5.3.7 曝光時(shí)間對(duì)圖案化深度以及熒光強(qiáng)度的影響121
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論121-130
• 5.4.1 DA反應(yīng)產(chǎn)物與巰基的反應(yīng)驗(yàn)證121-124
• 5.4.2 3-巰基丙酸在水凝膠中的圖案化124-127
• 5.4.3 FITC-標(biāo)記的CRGD多肽在水凝膠中的圖案化修飾127-130
• 5.5 本章總結(jié)130-132
• 結(jié)論132-134
• 參考文獻(xiàn)134-144
• 攻讀博士期間取得的研究成果144-145
• 致謝145-147
• 附件147

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 祁恒治;趙蘊(yùn)慧;朱孔營;袁曉燕;;自修復(fù)聚合物材料的研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年12期

  本文關(guān)鍵詞：基于Diels-Alder反應(yīng)的多功能水凝膠的設(shè)計(jì)及其在軟骨組織工程中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：264364