自愈合多糖水凝胶的制备、矿化及用于牙缺损修复的研究

摘要

以来源广泛的天然多糖物质海藻酸钠（SA）、壳聚糖（CS）作为原料，马来酸酐被作为改性剂对壳聚糖进行功能化改性，获得双键含量为4582.84±28.43mol/g，接枝率为48.95%的马来酰化壳聚糖（CS-MA）。利用碳二亚胺偶联剂（EDAC/NHS）活化海藻酸钠侧链上的羧基，L-半胱氨酸与活化后羧基发生缩合反应，形成酰胺键，制得游离巯基含量为600.8±94.52mol/g，接枝率为34.85%的巯基化海藻酸钠（SA-SH）。 CS-MA侧链上的活性双键与SA-SH上的游离巯基，水溶后在β-甘油磷酸钠调控环境为碱性条件下，迅速发生迈克尔加成反应得到原位成型的马来酰化壳聚糖/巯基化海藻酸钠（CS-MA/SA-SH）多糖基水凝胶，凝胶形成时间不超过15min。根据SEM、溶胀率、旋转流变仪、细胞毒性及AO/EB实验等测试对这种水凝胶进行理化分析，结果证明CS-MA/SA-SH水凝胶不但具备良好的机械性能，多孔网络结构，良好生物相容性等优良特性，同时由于SA中古洛糖醛酸段——“G段”的独特蛋壳状结构与高价阳离子的螯合反应可以形成二次交联位点，使得这种水凝胶又具备一定的自愈合性，通过对愈合界面观察（宏观和微观）、力学强度等测试，证实Ca2+的存在情况下，将赋予CS-MA/SA-SH水凝胶体系新的离子交联网络，使其可于30s内产生新的螯合位点实现断裂部位的快速愈合，愈合效率约76.2%。这种愈合特性，赋予CS-MA/SA-SH水凝胶在形状上的多级可塑特性：①迈克尔加成原位成型获得最初形状②离子交联获得次级形状，使得材料更能适应形状不规则缺损部位的诊疗领域应用。 其次，通过利用水凝胶的特殊三维网络状结构，模拟生物矿化中蛋白纤维束模板，以水凝胶作为“基石”，以甘油磷酸钙（Glycerophosphoric acid calcium salt，CaP）和氯化钙作为Ca2+和PO43-的来源。本文设计了一种新颖的“酶促矿化法”，利用碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）对CaP中磷酸基团的剪切，以及在生物矿化过程中诱导钙磷盐沉积产生磷酸钙晶核的作用，在水凝胶中进行体外矿化，获得高纯度的天然生物矿化产物——羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）。本实验设置了含有无机质占总质量比分别为0%，30%，50%，70%四种不同的浓度梯度的水凝胶，探究不同钙磷盐的引入量以及矿化时间对于凝胶性质以及矿化结果的影响。在后续的一系里理化分析中，这种引入了钙磷盐的矿化水凝胶不但表现出了原有水凝胶的优良特性，更表现出了良好的生物矿化性能，获得了形貌为片状，花瓣状，棒状的羟基磷灰石材料，且随着矿化时间的延长及所添加无机质浓度的增加获得的矿化产物成分、形貌都更接近天然羟基磷灰石。证实这种材料在人体硬组织缺损修复方面拥有巨大的平台和应用前景，兼具水凝胶原位快速成型性能的同时，又具备模拟矿化的潜质。 最后，利用上述试验中所得的凝胶材料，通过对从医院获赠的不同龋坏程度人类牙齿分别进行横纵面的封涂。在模拟体液中观察封闭后牙体的矿化情况，高倍扫描电镜，EDS，激光共聚焦显色实验，压痕硬度等测试结果显示，在不同龋坏程度的牙小管、牙釉质区域，涂覆上述矿化水凝胶前后的牙齿差异巨大，且矿化所得沉积物在成分和形貌上都接近人体天然HAP，能够在较大程度上对牙小管进行封闭，改善牙体釉质表面状态，进而防止健康牙齿在牙釉质受损的情况下进一步被外界真菌感染至牙本质地区引起牙齿敏感或疼痛，并在一定程度上增强牙齿表面硬度。实验证明这种水凝胶材料在口腔缺损方面具有很高的临床应用潜力，不仅材料本身涂覆方便快捷，而且对牙体的封闭保护效果显著。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 生物医用水凝胶材料

1.2. 牙齿及其缺损修复

1.3． 生物矿化

1.4. 本论文研究思路

第二章 钙促自愈合水凝胶的制备与表征

2.1. 前言

2.2. 实验试剂及仪器

2.3． 实验部分

2.4. 结果与讨论

2.5. 本章小结

第三章 钙促自愈合水凝胶的体外矿化

3.1. 前言

3.2. 实验试剂及仪器

3.3. 实验部分

3.4. 结果与讨论

3.5. 本章小结

第四章 钙促自愈合仿生矿化水凝胶对缺损牙体的修复

4.1. 前言

4.2. 实验试剂及仪器

4.3. 实验部分

4.4. 结果与讨论

4.5. 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士期间科研成果

致谢