用于3D生物打印的双网络胶体凝胶的开发

发布时间：2020-09-30 13:24

　　胶体凝胶(Colloidal gels)是典型的软物质材料。与传统水凝胶由连续高分子网络构成不同,胶体凝胶是由不连续的胶体颗粒组成的、具有特殊粘弹性特点的新型凝胶。通过引入可逆的胶体间作用,可赋予胶体凝胶自修复的特性,因而在可注射医用填充材料、生物3D打印墨水等领域具有重要应用前景。然而,通常胶体凝胶力学性能偏弱,难以满足承重组织/器官修复的要求,限制了其应用前景。在这里,我们提出了一种基于双网络设计合成高度强胶体凝胶的新策略。引入聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)作为具有高机械强度的连续相以与作为分散相的自修复胶体网络协作。胶体网络能够消散破坏性能量,聚合物网络保持结构完整性。通过双网络设计,胶体凝胶的机械性能得到显着提高。通过使用共聚焦显微镜,我们分析胶体网络的微观结构,并观察结构特征对凝胶的粘弹性的影响。这使我们可以通过调整制备参数来进一步优化凝胶的机械行为。具体而言,可以实现具有1.6 MPa的杨氏模量和250%的断裂应变的高强度胶体凝胶。我们进一步证明,双网络胶体凝胶可以用作可打印的细胞外基质以用于3D构建细胞组织模拟物。将大鼠骨髓基质干细胞混合在凝胶中并印刷成具有精细结构的支架,其允许细胞附着、扩散、增殖和成骨分化。总而言之,我们在这里通过开发一类具有增强的机械性能,可印刷性和生物相容性的胶体凝胶,这在组织工程和再生医学中具有巨大的应用潜力。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O648.17
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 三维生物打印技术
    1.2 物理水凝胶的分类
        1.2.1 超分子水凝胶
            1.2.1.1 离子与配位相互作用
            1.2.1.2 氢键相互作用
            1.2.1.3 主客体和芳香性供体受体相互作用
        1.2.2 高分子水凝胶
            1.2.2.1 天然多糖高分子
            1.2.2.2 蛋白质
            1.2.2.3 合成高分子
        1.2.3 胶体凝胶
            1.2.3.1 明胶纳米颗粒
            1.2.3.2 二氧化硅纳米粒子和锂皂石基水凝胶
            1.2.3.3 碳纳米管和石墨烯纳米片
            1.2.3.4 金纳米颗粒
    1.3 3D打印生物墨水的流变特征
    1.4 双网络水凝胶研究现状
    1.5 本研究的目的、意义及内容
        1.5.1 研究的目的和意义
        1.5.2 研究的内容
        1.5.3 创新点
2 双网络胶体凝胶的制备与表征
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 材料与仪器
        2.2.2 明胶纳米微球的制备
        2.2.3 荧光明胶纳米微球的制备
        2.2.5 纳米微球尺寸和表面电荷的表征
        2.2.6 聚乙二醇二丙烯酸酯的制备
        2.2.7 核磁共振波谱测试
        2.2.8 胶体凝胶的体积分数的计算
        2.2.9 胶体凝胶微观结构观察
        2.2.10 凝胶结构分析
        2.2.11 胶体凝胶流变测试
        2.2.12 傅里叶变换红外光谱测试
        2.2.13 胶体凝胶网络断面扫描电镜观察
        2.2.14 流变测试
        2.2.15 压缩测试
        2.2.16 拉伸测试
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 明胶纳米颗粒的制备
        2.3.2 聚乙二醇二丙烯酸酯的制备
        2.3.3 胶体凝胶微观结构
        2.3.4 胶体凝胶力学流变数据
        2.3.5 胶体凝胶力学强度
    2.4 本章小结
3 3D生物打印胶体凝胶支架及其生物学评价
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 胶体凝胶的3D生物打印
        3.2.3 打印支架溶胀率测试
        3.2.4 细胞提取
        3.2.5 细胞培养
        3.2.6 三维打印胶体凝胶支架培养间充质干细胞
        3.2.7 荧光活性染色
        3.2.8 细胞增值检测
        3.2.9 FTIR傅里叶变换光谱测试
        3.2.10 3D打支架扫描电镜观察
        3.2.11 植入胶体凝胶制备
        3.2.12 SD大鼠皮下植入
        3.2.13 石蜡切片
        3.2.14 苏木精伊红染色
    3.3 实验结果分析与讨论
        3.3.1 胶体凝胶打印支架宏观性能和力学分析
        3.3.2 胶体凝胶支架三维细胞培养
        3.3.3 矿化分析
        3.3.4 皮下植入降解性能
    3.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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