以氨基酸为基质的水凝胶的制备、表征及其应用研究

发布时间：2016-11-21 12:58

  本文关键词：凝胶体系中生物矿物生长的研究进展，由笔耕文化传播整理发布。

《中国石油大学》 2009年

以氨基酸为基质的水凝胶的制备、表征及其应用研究

孙海玲  

【摘要】： 生物体内存在许多无机矿物,如牙齿、骨骼、硅藻、贝壳等,这些矿物不仅具有复杂的形态和结构,而且具有优异的功能和性质。通过模拟生物矿化过程来合成特殊的功能材料,已经引起人们的极大兴趣。 生物体内的矿化受一些胞外蛋白和多糖的控制,这些胞外蛋白含有大量的阴离子氨基酸,如天冬氨酸、谷氨酸等,这些阴离子氨基酸的结构和物理化学性质使其易于富集钙离子、诱导晶体的生长。所以,我们用带有天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸官能团的水凝胶为模板来矿化羟基磷灰石和碳酸钙晶体。以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及其氨基酸改性的甲基丙烯酸β-羟乙酯为单体,聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDMA)为交联剂,过硫酸铵(APS)/ N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED)为引发体系,采用室温自由基溶液聚合的方法来制备水凝胶材料,得到具有一定孔结构,平衡含水量为50%-60%的HEMA、Asp-HEMA、Glu-HEMA和Gly-HEMA水凝胶。 在生物矿化领域,碳酸钙一直是重要的模拟对象之一。它不仅丰富地存在于地壳中,而且在生物体中起着重要的作用。通常,碳酸钙存在多种晶型,常见的三种无水结晶态为方解石、文石和球文石。本实验通过气体扩散的方法在HEMA,Asp-HEMA,Glu-HEMA和Gly-HEMA的水凝胶表面矿化碳酸钙,探讨碳酸钙矿化的机理,以指导新型复合材料的合成。反应时间分别为12h、24h和36h,碳酸钙晶体的形貌和晶型可以用扫描电镜(SEM),傅里叶变换红外谱图(FT-IR)和X射线衍射(XRD)进行表征。结果表明四种水凝胶均具有稳定球文石的作用,随着矿化时间的延长,Asp-HEMA有利于文石的生成,Glu-HEMA有利于方解石的生成。 天然骨组织是一种由胶原纤维和羟基磷灰石组成的高度有序的复合材料。坚硬的无机材料和柔韧的凝胶网络结构的结合赋予了人体骨骼独特的机械性能,例如低硬度,抗拉伸和压缩,高的断裂韧度。因此,以有机材料为模板生长羟基磷灰石模拟天然骨的结构和特性引起了科学家们极大的兴趣。本实验通过交替矿化的方法在HEMA,Asp-HEMA,Glu-HEMA和Gly-HEMA水凝胶上诱导羟基磷灰石(HAP)成核结晶。扫描电镜(SEM)对水凝胶矿化形态的研究表明羟基磷灰石的形成不但会发生在水凝胶的表面,而且还会发生在水凝胶的孔中和孔壁上。Asp-HEMA水凝胶上HAP颗粒分布最均匀,HEMA水凝胶上颗粒团聚最严重。X射线衍射(XRD)和红外谱图(FT-IR)分析证实了羟基磷灰石的形成。胚肾细胞的体外生物相容性测试实验表明矿化后的水凝胶是细胞粘附和增殖适宜的基质。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：R318.08
【目录】：

摘要4-6

Abstract6-11

第一章 前言11-29

1.1 研究背景及意义11

1.2 国内外研究现状11-27

1.2.1 生物矿物特性11-13

1.2.2 生物矿化理论13-15

1.2.3 有机基质对生物矿化指导作用15-21

1.2.4 磷酸钙仿生矿化21-22

1.2.5 碳酸钙仿生矿化22-26

1.2.6 影响凝胶中矿物晶体生长的因素26-27

1.3 本论文的研究内容及思路27-29

第二章 水凝胶的制备与表征29-42

2.1 水凝胶制备的原理和方法29-30

2.1.1 功能性单体合成的原理29

2.1.2 水凝胶制备的原理29-30

2.2 实验仪器与试剂30-32

2.2.1 实验仪器30-31

2.2.2 试剂31-32

2.3 水凝胶合成的实验流程32-40

2.3.1 功能性单体合成的方法32-34

2.3.2 水凝胶的制备34-37

2.3.3 水凝胶的表征37-40

2.4 本章小结40-42

第三章 水凝胶调控羟基磷灰石的矿化42-53

3.1 羟基磷灰石矿化的方法43-44

3.1.1 溶液的配制43

3.1.2 矿化步骤43-44

3.2 表征方法44

3.3 细胞培养44

3.4 水凝胶矿化的结果分析与讨论44-50

3.4.1 SEM 结果与讨论45-46

3.4.2 FT-IR 结果与讨论46-47

3.4.3 XRD 结果与讨论47-49

3.4.4 热重分析与讨论49-50

3.5 细胞培养50-51

3.6 本章小结51-53

第四章 水凝胶调控碳酸钙的矿化53-68

4.1 碳酸钙的矿化方法53-54

4.2 表征方法54

4.3 实验结果与分析54-67

4.3.1 CaCO_3在HEMA水凝胶上的矿化与表征57-61

4.3.2 CaCO_3 在Asp-HEMA水凝胶上的矿化与表征61-63

4.3.3 CaCO_3 在Glu-HEMA水凝胶上的矿化与表征63-65

4.3.4 CaCO_3 在Gly-HEMA水凝胶上的矿化与表征65-67

4.4 本章小结67-68

结论68-70

参考文献70-79

攻读硕士学位期间取得的学术成果79-80

致谢80

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本文编号：184564