發(fā)布時間：2017-03-23 19:03

  本文關鍵詞：基于Diels-Alder反應的多功能水凝膠的設計及其在軟骨組織工程中的應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：關節(jié)軟骨組織由于其特殊的生理結構,一旦損傷,幾乎沒有自我修復能力。同時,臨床上的軟骨治療方法和技術存在局限性,并不能真正實現關節(jié)軟骨組織的修復與再生。利用軟骨組織工程的策略實現關節(jié)軟骨修復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、能夠保持軟骨細胞表型、可原位成型減少外科手術復雜性等多方面優(yōu)勢,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針對關節(jié)軟骨修復過程所存在的突出問題,個性化的去設計并構建,使其具有智能性和功能性,能夠有效的調控細胞行為和功能,積極參與損傷組織的修復過程,而不僅僅只為細胞提供三維支撐的作用。了解組織修復過程中細胞與其三維微環(huán)境中各種物理的(幾何結構、網絡密度,力學參數等)和生物化學的(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制對新一代水凝膠支架材料的設計至關重要�；诖�,本論文以解決傳統(tǒng)水凝膠在軟骨組織工程應用中存在的各種問題,設計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)水凝膠力學性能差的問題,本文通過Diels-Alder點擊化學法制備了網絡結構完善的透明質酸/聚乙二醇復合水凝膠。此水凝膠的力學性能精確可控,其中壓縮模量在4k Pa-70k Pa內可調。同時水凝膠還具有優(yōu)異的形變回復性,抗壓疲勞特性,實驗表明其可以承載兩千次的循環(huán)力學加載過程。初步的細胞學實驗證明此水凝膠具有良好的細胞相容性,但是其較長的凝膠化時間并不適合細胞原位包封。為了保證水凝膠力學性能的同時使其具有可注射性功能,本文結合Diels-Alder點擊化學法和酶交聯法,合成了雙交聯水凝膠體系。此水凝膠不僅能保持良好的抗壓疲勞特性,且凝膠化時間短而可控(5min內即可成膠),是一種力學性能優(yōu)異的可注射型水凝膠。細胞學實驗結果表明,包封在此水凝膠里的ATDC-5細胞具有良好細胞活性,細胞快速增殖。同時通過基因表達水平的檢測發(fā)現,此水凝膠能有效的促進ATDC-5細胞向軟骨細胞的分化,使得II型膠原和糖胺聚糖的表達顯著上調�？紤]到關節(jié)軟骨組織的自修復能力有限,設計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這個缺點。因此,本文結合Diels-Alder點擊化學法和動態(tài)化學交聯酰腙鍵,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值的改變如同開關可以打開或關閉水凝膠的部分網絡結構,從而調控水凝膠的交聯密度和網絡結構。在生理條件下,切開后的水凝膠在動態(tài)酰腙鍵的推動下會慢慢愈合,最終變成完整水凝膠。最后,為了個性化的構建水凝膠空間生物化學微環(huán)境,實現在三維空間上對細胞行為和功能的精確調控,本文基于Diels-Alder點擊化學反應,結合紫外光刻技術,實現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。并且通過調節(jié)紫外光的強度和曝光時間可以控制引入分子的濃度和深度�？偠灾�,從水凝膠的結構、性能和功能上去模擬軟骨細胞天然的細胞外基質微環(huán)境,有利于關節(jié)軟骨組織的再生與重建,是解決關節(jié)軟骨組織難修復這個世界難題的有效途徑。
【關鍵詞】：關節(jié)軟骨 水凝膠 Diels-Alder點擊化學 自愈合 圖案化
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 關節(jié)軟骨損傷和修復15-19
• 1.2.1 關節(jié)軟骨的結構與功能15-17
• 1.2.2 關節(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)展及應用19-23
• 1.3.1 固體多孔支架20-21
• 1.3.2 纖維編織網絡支架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 關節(jié)軟骨仿生水凝膠23-30
• 1.4.2 動態(tài)響應型水凝膠30-32
• 1.4.3 三維圖案化水凝膠32-35
• 1.4.4 具有組織界面結合特性水凝膠35-37
• 1.5 外界力學刺激37-39
• 1.6 課題的研究目的意義內容與創(chuàng)新39-44
• 1.6.1 研究目的與意義39-40
• 1.6.2 研究內容40-41
• 1.6.3 研究技術路線41-42
• 1.6.4 研究創(chuàng)新點42-44
• 第二章 Diels-Alder點擊化學法制備HA/PEG復合水凝膠44-70
• 2.1 引言44
• 2.2 表征設備與試劑44-45
• 2.2.1 表征設備44-45
• 2.2.2 試劑名稱45
• 2.3 實驗方法45-48
• 2.3.1 呋喃根修飾的透明質酸的制備45-46
• 2.3.2 透明質酸/聚乙二醇水凝膠的制備46
• 2.3.3 水凝膠的凝膠化時間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 細胞在水凝膠中的三維培養(yǎng)48
• 2.4 實驗結果及討論48-68
• 2.4.1 呋喃根修飾后的透明質酸表征48-49
• 2.4.2 水凝膠的形成機理及凝膠化時間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 水凝膠力學性能54-59
• 2.4.6 聚乙二醇分子量對水凝膠力學性能的影響59-65
• 2.4.7 水凝膠的降解性能65-66
• 2.4.8 水凝膠的細胞相容性66-68
• 2.5 本章小結68-70
• 第三章 Diels-Alder點擊化學法結合酶交聯法制備雙交聯HA/PEG可注射型水凝膠70-96
• 3.1 引言70
• 3.2 表征設備與試劑70-72
• 3.2.1 表征設備70-71
• 3.2.2 試劑名稱71-72
• 3.3 實驗方法72-75
• 3.3.1 呋喃根及酪胺修飾的透明質酸的制備（HA-furan-TA）72
• 3.3.2 透明質酸/聚乙二醇水凝膠的制備72-73
• 3.3.3 水凝膠的凝膠化時間73
• 3.3.5 水凝膠的溶脹性能73
• 3.3.6 水凝膠的力學性能73
• 3.3.7 水凝膠的生物相容性73
• 3.3.8 RT-PCR檢測軟骨特征基因表達水平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合性能75
• 3.4 實驗結果及討論75-94
• 3.4.1 呋喃根修飾后的透明質酸表征75-77
• 3.4.2 水凝膠的形成機理及可注射性77-79
• 3.4.3 凝膠化時間79-81
• 3.4.4 水凝膠的溶脹性能81-82
• 3.4.5 水凝膠力學性能82-86
• 3.4.6 水凝膠的細胞相容性86-89
• 3.4.7 酪氨酸氧化酶的氧化改性89-91
• 3.4.8 DA交聯水凝膠的界面結合特性91-94
• 3.5 本章小結94-96
• 第四章 基于Diels-Alder點擊化學法設計并制備自愈合水凝膠96-116
• 4.1 引言96-97
• 4.2 表征設備與試劑97-98
• 4.2.1 表征設備97-98
• 4.2.2 試劑名稱98
• 4.3 實驗方法98-101
• 4.3.1 呋喃根和己二酰肼修飾的透明質酸的制備（HA-furan-ADH）98-99
• 4.3.2 HA-furan在高碘酸鈉下的氧化反應（HA-furan-CHO）99
• 4.3.3 可逆酰腙鍵單交聯水凝膠(SN)和雙交聯水凝膠(DN)的制備99
• 4.3.4 SN和DN水凝膠的凝膠化時間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水凝膠的力學性能100
• 4.3.9 ATDC-5 細胞在DN水凝膠中的三維培養(yǎng)100-101
• 4.4 實驗結果及討論101-114
• 4.4.1 修飾后的透明質酸的表征101-104
• 4.4.2 水凝膠的形成機理及凝膠化時間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 水凝膠的細胞相容性113-114
• 4.5 總結114-116
• 第五章 Diels-Alder點擊化學法交聯水凝膠的三維空間圖案化116-132
• 5.1 引言116-118
• 5.2 表征設備與試劑118-119
• 5.2.1 表征設備118
• 5.2.2 試劑名稱118-119
• 5.3 實驗方法119-121
• 5.3.1 DA反應產物與巰基之間的紫外光引發(fā)反應驗證119-120
• 5.3.2 核磁表征(N-NMR)120
• 5.3.3 DA交聯的透明質酸/聚乙二醇水凝膠的制備120
• 5.3.4 3-巰基丙酸在水凝膠內的圖案化修飾120
• 5.3.5 FITC-標記的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 曝光時間對圖案化深度以及熒光強度的影響121
• 5.4 實驗結果及討論121-130
• 5.4.1 DA反應產物與巰基的反應驗證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-標記的CRGD多肽在水凝膠中的圖案化修飾127-130
• 5.5 本章總結130-132
• 結論132-134
• 參考文獻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】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 祁恒治;趙蘊慧;朱孔營;袁曉燕;;自修復聚合物材料的研究進展[J];化學進展;2011年12期

  本文關鍵詞：基于Diels-Alder反應的多功能水凝膠的設計及其在軟骨組織工程中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：264364