丝胶基半互穿温敏水凝胶的合成及其细胞相容性的研究

摘要

温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶因在药物控制释放、生物物质分离和组织培养等领域有着广阔的应用前景，而备受人们关注。然而传统的使用化学交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制备的PNIPAAm水凝胶通常表现为透光率低、机械强度低、功能单一、生物相容性差等，限制了其在组织工程领域的应用。因而改善凝胶上述性能已成为该领域急需解决的重要课题。
　　 本研究在保持聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)凝胶温敏性的基础上，从仿生构思和网络设计的角度出发，以生物相容性良好的丝胶蛋白(SS)作为第二网络来改善传统水凝胶的细胞相容性，分别以化学交联剂(MBA)和物理交联剂硅酸镁锂(LMSH)为交联剂，通过原位自由基聚合制备了两种(HSC系列与HSP系列)兼具温敏性和细胞相容性的Ss/PNIPAAm semi-IPNs水凝胶。首先通过傅立叶红外吸收光谱(FTIR)和差示扫描量热分析(DSC)研究了两组分的相容性；通过热重分析(TGA)研究了水凝胶的热稳定性；通过扫描电镜(SEM)对其内部形态进行了研究，并由DSC和称重法研究了所得水凝胶的温度敏感性、溶胀度、消溶胀度和刺激响应性。结果表明，所有水凝胶均表现为一个玻璃化转变温度(Tg)，说明SS与PNIPAAm相容性良好；凝胶的孔洞随着SS含量的增加而逐渐增大；SS的加入并没有改变凝胶的LCST，这与DSC测试结果相一致；SS加入对PNIPAAm水凝胶的热稳定性影响较小；两种水凝胶在去离子水中均具有良好的温度敏感性，随温度的升高其溶胀率降低，与HSC水凝胶相比，HSP水凝胶具有更高的溶胀度与更快的消溶胀速率。
　　 将小鼠成纤(L929)细胞种植在两种水凝胶表面，通过SEM和MTT法对凝胶表面L929细胞生长的形态，以及凝胶表面细胞的吸附、生长、脱附和转载行为进行了研究。结果表明：L929细胞在两种凝胶表面的贴附和生长趋势相近，但在HSP凝胶表面长势更好；SS的引入均有助于L929细胞的生长，semi-IPNs凝胶相对于纯PNIPAAm凝胶具有更好的细胞相容性；通过降低环境温度，在semi-IPNs凝胶表面上种植的细胞自动脱附，且脱附后仍然保持良好的生物活性，从而避免了酶解法对细胞造成的损伤；与PNIPAAm凝胶相比，semi-IPNs凝胶表现出更好的细胞相容性和更快的细胞脱附速率；并且SS的引入更增加了脱附细胞的生物活性。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 智能水凝胶

1.2 水凝胶的吸水机理

1.2.1 水凝胶的吸水实质

1.2.2 影响水凝胶吸水的因素

1.3 智能水凝胶的分类

1.3.1 温敏水凝胶的响应机理

1.3.2 温敏水凝胶

1.4 智能水凝胶的合成方法

1.4.1 单体的交联聚合

1.4.2 接枝共聚法

1.4.3 水溶性高分子的交联

1.5 智能水凝胶的应用

1.5.1 在药物控释方面的应用

1.5.2 在组织工程中的应用

1.5.3 用于活性酶的固定

1.5.4 在调光材料方面的应用

1.5.5 化学机械器件

1.5.6 在其他方面的应用

1.6 无机纳米复合水凝胶

1.6.1 片层状无机纳米复合水凝胶

1.6.2 管状纳米复合水凝胶

1.6.3 球形无机纳米复合水凝胶

1.7 组织工程

1.8 丝胶的性能与应用

1.8.1 丝胶蛋白的结构

1.8.2 丝胶蛋白的性能

1.8.3 丝胶蛋白的利用

1.9 本课题的设想和主要研究工作

第二章 化学交联的丝胶基半互穿水凝胶的结构与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验仪器

2.2.3 丝胶基半互穿水凝胶的合成

2.2.4 测试方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 丝胶蛋白的结构

2.3.2 SS/PNIPAAm semi-IPNs水凝胶的相容性测试

2.3.3 Semi-IPNs水凝胶的形态分析

2.3.4 Semi-IPNs水凝胶中丝胶的稳定性测试

2.3.5 Semi-IPNs水凝胶的热稳定性

2.3.6 Semi-IPNs水凝胶的溶胀动力学

2.3.7 Semi-IPNs水凝胶的消溶胀动力学

2.3.8 Semi-IPNs水凝胶的温度敏感性

2.3.9 Semi-IPNs水凝胶的脉冲响应性

2.4 本章小结

第三章 化学交联的丝胶基半互穿水凝胶的细胞相容性

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验药品

3.2.2 实验仪器

3.3 溶液配制

3.3.1 PBS配制

3.3.2 细胞培养基(DMEM)的配制

3.3.3 消化液配制

3.3.4 戊二醛配制

3.4 细胞培养

3.5 凝胶材料细胞相容性的测试

3.5.1 凝胶的预处理

3.5.2 细胞的接种

3.5.3 细胞活性检测

3.5.4 细胞的吸附

3.5.5 细胞形态学观察

3.5.6 细胞的脱附

3.5.7 细胞的转载

3.6 结果与讨论

3.6.1 凝胶表面细胞的吸附研究

3.6.2 凝胶表面的细胞活性研究

3.6.3 凝胶表面的细胞形态学观察

3.6.4 凝胶表面的细胞低温脱附研究

3.6.5 凝胶表面细胞的转载研究

3.7 本章小结：

第四章 物理交联的丝胶基半互穿水凝胶的结构与性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验药品

4.2.2 实验仪器

4.2.3 丝胶基半互穿水凝胶的合成

4.2.4 测试方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 反应单体和凝胶产物的结构确认

4.3.2 纳米复合水凝胶的结构

4.3.3 Semi-IPNs水凝胶的玻璃化转变温度

4.3.4 Semi-IPNs水凝胶的形态分析

4.3.5 Semi-IPNs水凝胶的热稳定性

4.3.6 Semi-IPNs水凝胶的温敏性

4.3.7 Semi-IPNs水凝胶的溶胀动力学

4.3.8 Semi-IPNs水凝胶的消溶胀动力学

4.3.9 Semi-IPNs水凝胶的脉冲响应性

4.4 本章小结

第五章 物理交联的丝胶基半互穿水凝胶的细胞相容性

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验药品

5.2.2 实验仪器

5.3 溶液配制

5.3.1 PBS配制

5.3.2 细胞培养基(DMEM)的配制

5.3.3 消化液配制

5.3.4 戊二醛配制

5.4 细胞培养

5.5 凝胶材料细胞相容性的测试

5.5.1 凝胶的预处理

5.5.2 细胞的接种

5.5.3 细胞活性检测

5.5.4 细胞的吸附

5.5.5 细胞形态学观察

5.5.6 细胞的脱附

5.5.7 细胞的转载

5.6 结果与讨论

5.6.1 凝胶表面细胞的吸附研究

5.6.2 凝胶表面的细胞活性研究

5.6.3 凝胶表面的细胞形态学观察

5.6.4 凝胶表面的细胞低温脱附研究

5.6.5 凝胶表面细胞的转载研究

5.7 本章小结：

第六章 全文总结

参考文献

硕士生期间发表论文和参加科研情况

致谢