基于甲基乙烯基醚-马来酸交替共聚物智能水凝胶的制备及性能研究

摘要

为了满足生物医学研究需求及实现应用目的，需要开发具有各种功能的智能水凝胶。智能水凝胶因具有广阔的应用前景而成为生物医学领域的研究热点之一。本论文以具有良好生物相容性的合成高分子聚合物甲基乙烯基醚-马来酸交替共聚物P(MVE-alt-MA)为主要原料，采用不同的方法制备了四种基于P(MVE-alt-MA)的智能水凝胶，并系统地研究了这些智能水凝胶的物理和化学性质。主要内容包括:
　　1.P(MVE-alt-MA)-g-β-CD/P(MVE-alt-MA)-g-Azo超分子水凝胶的制备及刺激响应性。首先通过酰胺化反应将环糊精衍生物(EDA-6-β-CD)接枝到P(MVE-alt-MA)，得到主体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-β-CD;接着通过酰胺化反应将对氨基偶氮苯(Azo)接枝到P(MVE-alt-MA)，得到客体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-Azo。最后，在室温下，将主体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-β-CD水溶液与客体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-Azo水溶液混合，通过主链上β-CD与Azo主-客体间包结络合作用形成P(MVE-alt-MA)-β-CD/P(MVE-alt-MA)-g-Azo超分子水凝胶。该超分子水凝胶呈现相互连通的多孔结构和易于调节的流变学特性，它具有光响应性和pH值响应性。利用CCK-8检测水凝胶对人卵巢癌细胞SKOV3细胞的毒性，结果显示该超分子水凝胶没有明显的细胞毒性。采用激光扫描共聚焦显微镜观察了经DiO染色的SKOV3细胞分布在该超分子水凝胶内部不同深度。经培养在该水凝胶中一段时间的SKOV3细胞通过紫外光照射致水凝胶向溶胶转变而被成功脱附，且从水凝胶中分离出的SKOV3细胞仍能存活。此细胞分离研究工作为P(MVE-alt-MA)智能水凝胶应用于细胞后续研究奠定实验和理论基础。
　　2.P(MVE-alt-MA)-g-β-CD/P(MVE-alt-MA)-g-Ad超分子水凝胶的制备及刺激响应性。首先，以LiH作反应助剂，通过酯化反应将β-CD接枝到P(MVE-alt-MA)，得到主体聚合物P(ME-alt-MA)-g-β-CD;接着以DCC作催化剂，通过酰胺化反应将盐酸金刚烷乙胺(Ad)接枝到P(MVE-alt-MA)，得到客体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-Ad。最后，在室温下，将主体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-β-CD水溶液与客体聚合物P(MVE-alt-MA)-g-Ad水溶液混合，通过主链上β-CD与Ad间的包结络合作用组装形成P(MVE-alt-MA)-g-β-CD/P(MVE-alt-MA)-g-Ad超分子水凝胶。该超分子水凝胶具有pH值响应性和自愈合性。该水凝胶被证明具良好生物相容性，可被用作细胞三维培养支架。此研究工作为功能化细胞三维培养支架的制备提供新途径和新材料。
　　3.P(MVE-alt-MA)/CS复合纳米凝胶的制备及性能。首先通过P(MVE-alt-MA)中的羧基与壳聚糖(CS)中的氨基发生静电相互作用形成聚电解质络合物，接着通过交联剂戊二醛(GA)中的醛基与CS中的氨基形成席夫碱获得纳米凝胶。该纳米凝胶具有pH值敏感性。以盐酸阿霉素为模型药物，研究了该纳米凝胶的体外药物释放行为。体外药物释放实验结果显示，该纳米凝胶有望被用作药物载体。
　　4.P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的制备及性能。以EDC/NHS作催化剂，ADH为交联剂通过化学交联制备了P(MVE-alt-MA)-cross linked-AC hS水凝胶。该水凝胶具有pH值敏感性，在适宜浓度条件下对细胞无明显细胞毒性，且细胞在水凝胶中能够良好的增殖，有望作为细胞培养支架。此研究工作为天然聚合物与人工合成聚合物复合型水凝胶的制备及应用于细胞三维培养提供研究基础。
　　总的来说，本工作制备了一系列基于P(MVE-alt-MA)的智能水凝胶。这类智能水凝胶可为生物医学研究的应用提供强有力的平台，尤其是在三维细胞培养等方面。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 水凝胶的定义、交联方式及分类

1．3 智能水凝胶

1．3．1 刺激响应型智能水凝胶

1．3．2 自愈合水凝胶

1．4 智能水凝胶的应用

1．4．1 细胞培养

1．4．2 分子传感

1．4．3 固定化酶

1．4．4 药物控释

1．5 智能水凝胶的研究热点及仍存在的问题

1．6 甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物(P(MVE-alt-MAH)性质及应用

1．7 本学位论文设计思想及主要内容

参考文献

第二章 光敏感及pH值敏感的P(MVE-alt-MA)超分子水凝胶的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料与仪器

2．2．2 主体分子P(MVE-alt-MA)-g-β-CD的合成

2．2．3 客体分子P(MVE-alt-MA)-g-Azo的合成

2．2．4 P(MVE-alt-MA)-g-β-CD／P(MVE-alt-MA)-g-Azo水凝胶的制备

2．2．5 水凝胶物理化学表征

2．2．6 细胞培养测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚合物的合成和表征

2．3．2 水凝胶的制备及形成机理

2．3．3 水凝胶的内部形貌

2．3．4 水凝胶的流变性能

2．3．5 水凝胶的相转变、光响应性及pH值响应性

2．3．6 水凝胶对细胞毒性评价

2．3．7 细胞在水凝胶中的分布

2．3．8 细胞的脱附

2．4 小结

参考文献

第三章 pH值敏感的自愈合P(MVE-alt-MA)超分子水凝胶制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与仪器

3．2．2 主体分子P(MVE-alt-MA)-g-β-CD的合成

3．2．3 客体分子P(MVE-alt-MA)-g-Ad的合成

3．2．4 P(MVE-alt-MA)-g-β-CD／P(MVE-alt-MA)-g-Ad水凝胶的制备

3．2．5 水凝胶物理化学表征

3．2．6 细胞培养测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚合物的合成及表征

3．3．2 水凝胶的制备及形成机理

3．3．3 水凝胶的内部形貌

3．3．4 水凝胶的流变学性能

3．3．5 水凝胶的自愈合性

3．3．6 水凝胶溶胀性

3．3．7 细胞培养测试

3．4 小结

参考文献

第四章 pH值敏感的P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶的制备及载药释放

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及仪器

4．2．2 溶液的配置

4．2．3 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶的制备

4．2．4 水凝胶物理化学性质表征

4．2．5 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶体外毒性评价

4．2．6 体外药物释放实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶的形成原理

4．4．2 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶的红外光谱分析

4．3．3 P(MVE-alt-MA)-CS复合纳米凝胶的粒径及形貌

4．3．4 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶的pH值响应性

4．3．5 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶细胞毒性评价

4．3．6 模型药物DOX的标准曲线

4．3．7 P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶对药物装载

4．3．8 载药P(MVE-alt-MA)／CS复合纳米凝胶体外药物释放

4．4 小结

参考文献

第五章 pH值敏感的P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的制备及性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料及仪器

5．2．2 改性硫酸软骨素(AChS)的制备

5．2．3 P(MVE-alt-MA)的制备

5．2．4 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS凝胶的合成

5．2．5 水凝胶物理化学性质表征

5．2．6 细胞培养测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的制备及表征

5．3．2 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的内部形貌

5．3．3 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的流变学性能

5．3．4 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的pH值响应性

5．3．5 P(MVE-alt-MA)-crosslinked-AChS水凝胶的溶胀性能

5．3．6 细胞培养测试

5．4 小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新

6．3 展望

攻读博士学位期间发表论文及成果

致谢