一种新型pH敏感水凝胶的合成、表征及细胞/血液相容性评价

摘要

本文从生物相容性和生物可降解性的角度，设计并合成出了一种基于乙二胺四乙酸酐(EDTAh)和丁二胺(BDA)的新型pH敏感水凝胶：首先，EDTAh与丁二胺通过酸酐的N-酰化开环聚合反应形成主链含酰胺基、侧链含羧基的直链共聚物(pEDTAh-BDA)；然后，pEDTAh-BDA在160℃发生分子内脱水形成含多元酰亚胺的共聚物(pEDTAh-BDA-Imide)；最后，以 BDA为交联剂，BDA与pEDTAh-BDA-Imide中的环状酰亚胺发生 N-酰化开环反应，生成了侧链含氨基的网络聚合物(BDA-crosslinked-EDTAh-BDA)。该网络聚合物可望成为一种集完全可降解、pH敏感性和生物相容性于一身的新型药物释放水凝胶。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和茚三酮显色法等先进仪器与技术手段对pEDTAh-BDA和BDA-crosslinked-EDTAh-BDA的结构和分子量进行了定性定量表征，考察了BDA-crosslinked-EDTAh-BDA水凝胶的pH敏感性、细胞毒性、溶血与凝血等特性。其主要研究内容和结论如下：
　　(1)以乙二胺四乙酸酐(EDTAh)和丁二胺(BDA)为原料，通过酸酐的N-酰化开环聚合反应合成了主链含酰胺基、侧链含羧基的直链共聚物(pEDTAh-BDA)，采用DMSO-THF共沉淀体系对预聚物进行了纯化。FTIR、NMR和茚三酮显色法分析结果表明，采用N-酰化开环聚合反应，可以有效合成主链含酰胺基、侧链含羧基的高分子直链共聚物(pEDTAh-BDA)。
　　(2) pEDTAh-BDA在160℃下发生分子内脱水，生成了主链含多元环状酰亚胺的共聚物(pEDTAh-BDA-Imide)；pEDTAh-BDA-Imide再与丁二胺发生交联反应生成侧链含氨基的网络聚合物(BDA-crosslinked-EDTAh-BDA)，即本研究的目的产物：基于 EDTAh和BDA的pH敏感水凝胶。FTIR检测表明，丁二胺已与pEDTAh-BDA-Imide反应生成了网络聚合物。
　　(3)pH敏感性实验结果表明，本研究所合成的水凝胶具有溶胀性，其溶胀性的大小会随着 pH值的减小而增大，这主要是由于 BDA交联形成的网络聚合物BDA-crosslinked-EDTAh-BDA中含有大量的氨基，而羧基含量较少。BDA-crosslinked-EDTAh-BDA中的氨基在酸性环境下质子化，因而其溶胀性随pH减小（即酸性增大）而增大。
　　(4)以人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为模型细胞，采用MTT比色法考查了直链共聚物(pEDTAh-BDA)的细胞毒性。结果表明，在第2天时，随pEDTAh-BDA溶液浓度增加，细胞毒性增强；然而在第4天和第6天，pEDTAh-BDA的细胞毒性先随溶液浓度增大而增大，但达到75％时，细胞毒性降到最低。总体来说，第2天时的细胞毒性最强，第6天次之，第4天最弱。这是由可促进细胞生长的pEDTAh-BDA降解产物乙二胺四乙酸(EDTA)的浓度变化所导致的。
　　(5)凝血与溶血实验结果表明，直链共聚物(pEDTAh-BDA)无明显的凝血作用，其对凝血效果与0.9%生理盐水注射液相同。而在溶血性方面，该预聚物的溶血率仅为1.08％，明显低与5％，基本不具有溶血性能。
　　综合以上研究结果，以乙二胺四乙酸酐(EDTAh)和丁二胺(BDA)为原料可合成网络聚合物水凝胶BDA-crosslinked-EDTAh-BDA，该水凝胶具有pH敏感性，其预聚物直链共聚物(pEDTAh-BDA)有一定的细胞毒性，无明显的凝血与溶血性能。根据 BDA-crosslinked-EDTAh-BDA的结构，通过其降解速率可能会降低pEDTAh-BDA的细胞毒性，且BDA-crosslinked-EDTAh-BDA的细胞毒性有待进一步考查。

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目录

1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.3 本文研究的创新点

2 水凝胶的合成、纯化与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 聚合物表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3 水凝胶的pH敏感性研究

3.1 引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4 细胞毒性评价

4.1 引言

4.2 体外细胞培养

4.2.1 HUVEC的培养与鉴定

4.3 实验方法

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 凝血与溶血性能评价

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 结论和后续工作建议

6.1 主要结论

6.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录