聚乙烯醇(PVA)水凝膠是常用的生物材料其性能優(yōu)異,但是在植入人體后仍然會(huì)產(chǎn)生生物粘附問(wèn)題。本文將新型綠色的、可工業(yè)化應(yīng)用的光誘導(dǎo)-可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移(PET-RAFT)聚合應(yīng)用在水凝膠表面修飾,成功構(gòu)建了季銨鹽殼聚糖、兩性離子和溫度刺激響應(yīng)三種功能性表面,提高了水凝膠的抗生物粘附性能,并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍、降低了使用風(fēng)險(xiǎn)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)根據(jù)陳以昀和Boyer課題組的研究成果,推斷PVA水凝膠上的羥基與接枝單體的雙鍵發(fā)生PET-RAFT聚合而形成醚鍵。ATR-FTIR和XPS驗(yàn)證了這一說(shuō)法。反應(yīng)因素結(jié)果表明:CPADB和光催化劑在合適的濃度下可形成穩(wěn)定的自由基濃度;光催化劑的催化效率隨著光吸收強(qiáng)度的提高而提高;接枝率隨單體濃度的提高而提高;無(wú)氧環(huán)境下的反應(yīng)效率比有氧的高;接枝反應(yīng)前期緩慢,中期逐步提高,而后期趨于穩(wěn)定;反應(yīng)溫度可提高反應(yīng)速率;氯鋁酞菁(AlPc)體系可透過(guò)遮擋物進(jìn)行反應(yīng),但反應(yīng)效率較低。(2)采用PET-RAFT聚合和開(kāi)環(huán)反應(yīng)兩步法成功在PVA水凝膠上接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)和2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖(HACC)。接枝后,水凝膠熱力學(xué)性能降低,親水性和力學(xué)性能變化較大,光學(xué)透過(guò)率降低。PVA-g-pGMA和PVA-g-p(GMA-HACC)水凝膠細(xì)胞毒性分別為0級(jí)和1級(jí)。水凝膠接枝GMA引入的環(huán)氧基團(tuán)提高了生物粘附性能(蛋白吸附性能提高50.78%,細(xì)胞粘附性能提高23.08%-42.58%)。而PVA-g-p(GMA-HACC)水凝膠由于空間排斥效應(yīng)和表面水化效應(yīng),抗蛋白吸附性能提高39.59%,抗細(xì)胞粘附性能提高44.50%-54.52%。(3)采用PET-RAFT聚合一步法在有氧環(huán)境將MEDSAH兩性離子接枝至PVA水凝膠上。接枝后,水凝膠熱力學(xué)性能和力學(xué)性能降低,親水性提高(接觸角14.6°),光學(xué)透過(guò)率88.8%。PVA-g-pMEDSAH水凝膠細(xì)胞毒性為1級(jí)�；诒砻嫠�(yīng)和空間排斥效應(yīng),水凝膠的抗蛋白吸附性能提高59.53%,抗細(xì)胞粘附性能提高71.82%-75.86%。(4)采用熒光黃體系在有氧環(huán)境下成功接枝NIPAAm溫度刺激響應(yīng)聚合物至PVA水凝膠上。接枝后,水凝膠的熱力學(xué)性能和力學(xué)性能變化較小,親水性提高且具有溫敏特性(25℃時(shí)接觸角4.3°,37℃時(shí)接觸角37.4°),光學(xué)透過(guò)率92.2%。PVA-g-pNIPAAm水凝膠細(xì)胞毒性為1級(jí)。水凝膠的抗蛋白吸附性能提高且具有溫敏特性(25℃時(shí)提高56.09%,37℃時(shí)提高42.75%),抗細(xì)胞粘附性能提高37.29%-46.65%,其主要原因是空間排斥效應(yīng)。(5)采用AlPc體系在有氧環(huán)境下成功接枝CBMA兩性離子至PVA水凝膠上。接枝后,水凝膠的熱力學(xué)性能和力學(xué)性能降低,親水性提高(接觸角16.8°),但AlPc殘留影響水凝膠光學(xué)性能。PVA-g-pCBMA水凝膠細(xì)胞毒性為1級(jí)�；诒砻嫠�(yīng)和空間排斥效應(yīng),抗蛋白吸附性能提高64.62%,抗細(xì)胞粘附性能提高71.24%-77.70%。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：O648.17;R318.08
【部分圖文】：

逡逑Ｂｒｅｙｅｒｓ和Ｒａｔｎｅｒ等［６］將生物膜形成歸結(jié)為九個(gè)階段流程有（詳見(jiàn)圖１．１）：逡逑１．環(huán)境物質(zhì)的吸附：２．細(xì)胞的分裂：３．細(xì)胞表面吸附；４．可逆吸附細(xì)胞的解吸；５．逡逑細(xì)菌細(xì)胞在表面的不可逆吸附：６．細(xì)胞信號(hào)分子的產(chǎn)生：７．細(xì)胞的復(fù)制和增殖：８．逡逑分泌細(xì)胞外基質(zhì)（ＥＰＳ），將粘附的物質(zhì)包裹起來(lái)，從而形成生物膜；９．分離或脫逡逑落的生物膜去除。粘附在材料表面的生物分子被細(xì)胞外基質(zhì)（ＥＰＳ）包裹后可以逡逑保護(hù)生物分子不受免疫反應(yīng)和化學(xué)藥劑的影響。同時(shí)，被包裹的生物分子在ＥＰＳ逡逑內(nèi)既可以從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又有助于粘附物質(zhì)的生長(zhǎng)和繁殖，從而分泌更多逡逑的ＥＰＳ。因此，生物膜一旦形成，生物粘附就有可能快速地發(fā)生在人體植入材料逡逑上，外力作用下（如機(jī)械作用、紫外光或激光［７］、常規(guī)滅菌劑等）通常也難完全有逡逑效的去除生物膜。逡逑１．邋Ｓｕｂｓｔｒａｔｕｍ逡逑ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ邋ｂｙ逡逑ａｍｂｉｅｎｔ邋ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ邐？逡逑／逡逑ｇ邐？？？？？？邐一逡逑２．邋Ｃｅｌｌ邐４．邋Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ邐６．邋Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ邋？邐９．邋Ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ，邋Ｖ逡逑ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ邐ｊ邐■邋ａｎｄ邋ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ邋．邐ｅｒｏｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋＼逡逑么邐Ｉ邐ｊ邋ｉ邋Ｊ邋ｆ邐？邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋ｏｆ邋０２邐？邐ｓｌｏｕｇｈｉｎｇ邋Ｉ逡逑Ｊ邐Ｊ邐ａｎｄ邋ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ邋／邋８＞邐ｏｆ邐ｊ逡逑Ｍ邐＂邋ｊ邋

邐Ｙ邐Ａ邐３周＋逡逑＼＾３０分鐘到２天＼＾＾間、舍｜邐４逡逑（先是中性白ＳＩ；Ｓ是巨咖胞）逡逑圖１．２植入材料的異物反應(yīng)［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｆｏｒｅｉｇｎ邋ｂｏｄｙ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｔｏ邋ｉｍｐｌａｎｔｓ逡逑綜上所述，材料的生物粘附行為過(guò)程（細(xì)胞內(nèi)部的分子水平角度）：首先，在逡逑粘附的初始階段材料表面主要是一層基膜吸附行為（例如蛋白質(zhì)）；然后，細(xì)胞、逡逑微生物等生物分子或生物體才開(kāi)始粘附在材料表面；［ｕ］隨著粘附程度的深入，最逡逑終形成生物膜。［１２］生物粘附的實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜表面受體與生物材料表面分逡逑子間的相互識(shí)別，從而產(chǎn)生生物特異性和非特異性作用。配位結(jié)合、疏水性結(jié)合、逡逑靜電結(jié)合、氫鍵結(jié)合等是兩者相互作用的主要方式。［１３’１４］逡逑１．２．２抗生物粘附及抗粘附機(jī)理逡逑抗生物粘附是指能有效抵抗蛋白、細(xì)胞、細(xì)菌等生物體或生物分子的非特異逡逑性吸附或粘附。基于上述材料的生物粘附行為過(guò)程的闡述以及大量的實(shí)驗(yàn)研究表逡逑明，材料抗生物粘附性能與材料表面特性［１５］（化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面或內(nèi)部形貌、表面逡逑張力、表面能、親疏水性等）和蛋白質(zhì)的種類(lèi)、大小等因素有關(guān)。而蛋白與材料逡逑表面間的相互作用有：疏水、范德華力、靜電作用力和氫鍵等。［１６］盡管科學(xué)家們逡逑提出了多種材料表面抗生物枯附機(jī)理，如空間排斥效應(yīng)（ｓｔｅｒｉｃｒｅｐｕｌｓｉｏｎ）［１７］、表面逡逑３逡逑

從生物仿生角度看，甜菜堿型兩性離子聚合物的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜外的物逡逑質(zhì)相似，如磷酰膽堿與細(xì)胞膜外層物質(zhì)的磷脂極性頭部（多為磷酰膽堿基團(tuán)）相逡逑似。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖１．７。因此將兩性離子聚合物引入材料表面是一種逡逑生物仿生設(shè)計(jì)。根據(jù)仿生設(shè)計(jì)提高材料抗生物粘附性能的現(xiàn)象，林思聰?shù)龋郏常场常矗程徨义铣隽恕爸麈渹?cè)基協(xié)同作用”和“維持天然構(gòu)象”的假說(shuō)。磷酰膽堿是最早用于在逡逑材料表面構(gòu)建仿生生物表面的物質(zhì)，同時(shí)也是最好的抗生物粘附材料。［Ｅ４］材料表逡逑面經(jīng)磷酰膽堿修飾后，材料的抗生物粘附性能和生物相容性得到很大的提高。［Ｋ］逡逑但是磷酰膽堿的合成困難，價(jià)格昂貴，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。逡逑＿媭逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１．７生物的細(xì)胞膜表面的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)示意圖１Ｐ逡逑Ｆｉｇ．邋１．７邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｉｐｉｄ邋ｂｉｌａｙｅｒ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ａｎｄ逡逑ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｉｔｓ邋ｏｕｔｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑８逡逑

本文編號(hào)：2812729