关节软骨修复用壳聚糖-PEG水凝胶的制备及其性能研究

摘要

关节软骨损伤是一种严重的疾病，由于缺乏血液供应，使得软骨组织的自修复能力极低。组织工程运用生命科学和工程学的原理构建仿生组织，成为关节软骨修复的新方向。本文以壳聚糖和聚乙二醇为基质制备了用于关节软骨修复用水凝胶材料，研究了其平衡含水量、微观形态、孔径和孔隙率、力学性能、体外降解速率及生物相容性等，并对其作为关节软骨修复材料的可能性进行了讨论。
　　 水凝胶因其具有含水量高，生物可降解，生物相容性良好等特点而广泛应用于组织工程领域。本研究对壳聚糖(CS)-NH2进行化学修饰，制备了三种不同丙烯酰基(Ac)取代度(1.03％，3.55％和5.21％)的壳聚糖水溶性衍生物——丙烯酰化羟丙基壳聚糖(AHCS)。以APS和TEMED为引发剂，AHCS与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)通过化学交联得到CS-PEG水凝胶。SEM结果表明其为通透性良好的多孔支架材料。水凝胶的溶胶含量、溶胀度均随取代度的增加而降低，且在酸和碱性条件下的溶胀度大于中性条件。水凝胶中壳聚糖的降解速率随取代度的升高而降低。
　　 研究了CS和PEG的质量比对CS-PEG水凝胶的性能的影响。结果发现，CS-PEG水凝胶的溶胶含量(SC)、平衡含水量(EWC)随PEG含量的增加而降低；CS-PEG水凝胶的孔径随PEG含量的增加而增大，但孔隙率随PEG含量的增加而降低；CS-PEG水凝胶的压缩弹性模量随PEG含量的增加而增高，但与关节软骨组织的弹性模量(500-1000kPa)相差较大；CS-PEG水凝胶具有一定的生物可降解性，并且降解速率随着PEG含量的增加而变慢。体外细胞毒性试验证明CS50PEG50对L929细胞无毒性，具有良好的生物相容性。
　　 研究结果表明：CS-PEG水凝胶具有适宜的平衡含水量和高度通透的多孔结构，孔径大小和孔隙率符合关节软骨修复材料的要求。并且通过改变AHCS的取代度，或CS和PEG的质量比，能够调节CS-PEG水凝胶的体外降解速率和力学性能，并且CS-PEG水凝胶具有良好的生物相容性。综上所述，CS-PEG水凝胶是一种潜在的关节软骨修复水凝胶材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1组织工程

1.1.1组织工程的定义和原理

1.1.2组织工程的应用

1.1.3组织工程的未来

1.2关节软骨组织工程

1.2.1关节软骨损伤和修复方法

1.2.2关节软骨修复生物材料

1.3关节软骨修复水凝胶材料

1.3.1关节软骨修复水凝胶材料概述

1.3.2壳聚糖在关节软骨修复水凝胶材料中的应用

1.3.3聚乙二醇在关节软骨修复水凝胶材料中的应用

1.4本课题研究的目的和意义

第2章丙烯酰化羟丙基壳聚糖的制备和表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2羟丙基壳聚糖(HCS)的制备

2.2.3不同丙烯酰基取代度丙烯酰化羟丙基壳聚糖(AHCS)的制备

2.2.4傅里叶红外波谱表征

2.2.5核磁共振谱表征

2.3结果与讨论

2.3.1丙烯酰化羟丙基壳聚糖(AHCS)的合成路线

2.3.2红外波谱解析

2.3.3核磁共振谱解析

2.3.4丙烯酰化羟丙基壳聚糖的取代度

2.4本章小结

第3章壳聚糖与PEG交联水凝胶的制备及取代度对其性能的影响

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2壳聚糖与PEG共交联水凝胶的制备

3.2.3溶胶含量测定

3.2.4水凝胶支架的微观形态观察

3.2.5水凝胶溶胀度的测定

3.2.6水凝胶体外降解试验

3.3结果与讨论

3.3.1水凝胶的溶胶含量

3.3.2水凝胶支架的SEM微观形态

3.3.3水凝胶的溶胀度

3.3.4.水凝胶的体外降解曲线

3.4本章小结

第4章不同质量比壳聚糖与PEG交联水凝胶的性能及其生物相容性研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2不同质量比壳聚糖与PEG交联水凝胶的制备

4.2.3溶胶含量测定

4.2.4水凝胶支架的微观形态观察

4.2.5水凝胶平衡含水量的测定

4.2.6水凝胶体外降解试验

4.2.7水凝胶的孔径和孔隙率的测定

4.2.8水凝胶的弹性模量测试

4.2.9 L929鼠成纤维细胞测试水凝胶材料的生物相容性

4.3结果与讨论

4.3.1不同质量比壳聚糖与PEG交联水凝胶的形态

4.3.2质量比对壳聚糖与PEG交联水凝胶溶胶含量的影响

4.3.3质量比对壳聚糖与PEG交联水凝胶微观形态的影响

4.3.4质量比对壳聚糖与PEG交联水凝胶溶胀度的影响

4.3.5 CS100、CS50PEG50和PEG100的孔径大小和孔隙率

4.3.6质量比对壳聚糖与PEG交联水凝胶压缩弹性模量的影响

4.3.7质量比对壳聚糖与PEG交联水凝胶降解速率的影响

4.3.8壳聚糖与PEG交联水凝胶的生物相容性

4.4本章总结

第5章结论和展望

5.1试验结论

5.1展望

参考文献

致谢

附录　硕士期间发表论文