基于席夫碱键的电活性水凝胶制备及其生物3D打印适性研究

发布时间：2020-05-01 00:26

【摘要】：水凝胶可模拟天然细胞外基质,将细胞包裹于含水量高且具有机械支撑作用的三维结构中,有效促进细胞的粘附、增殖和分化,进而形成功能性组织,因此常被用作生物3D打印技术的支架材料。我们基于席夫碱键制备两种电活性复合水凝胶,并对其生物3D打印适性做了系统研究。首先,我们选用一种关注较少的魔芋多糖(KGM),采用高碘酸钠将之氧化得到带有活性醛基的氧化魔芋多糖(OKGM),氧化产物采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进行表征。聚乙烯亚胺(PEI)是一种带有大量氨基基团的聚合物,其分子上的氨基可与氧化魔芋的醛基基团反应形成席夫碱键,通过这种化学交联作用构建具有三维网络结构的OKGM/PEI复合水凝胶。该反应过程简单快速,在3min内即可成形成水凝胶。由于亚胺键的存在,OKGM/PEI复合水凝胶具有自愈性和pH敏感性。通过流变学分析,该水凝胶具有剪切变稀行为,适于生物3D打印。在OKGM/PEI复合水凝胶成胶前加入碳纳米管,可得到OKGM/PEI电活性复合水凝胶。对该电活性水凝胶的流变学行为和微观形貌进行表征。结果表明,碳纳米管的加入提高OKGM/PEI复合水凝胶的机械强度,但不改变凝胶内部的微孔结构和尺寸,依然满足细胞粘附和生长对孔径的要求。采用电化学工作站对OKGM/PEI电活性复合水凝胶进行交流阻抗测试,显示电活性水凝胶的导电率随碳纳米管添加量增加而增加。在少量掺杂2%碳纳米管下,该电活性水凝胶的电导率即可达到10~(-4)S/cm,满足细胞对微电流刺激的需要。此外,还测试了该电活性水凝胶的流变学行为和生物3D打印适性,结果发现碳纳米管的加入还可提高OKGM/PEI复合水凝胶的生物3D打印适性。其次,我们制备得到甲基丙烯酰胺化明胶(GelMA)和双端醛基封端聚乙二醇(DF-PEG),并采用FT-IR和核磁共振氢谱(~1H-NMR)对其进行结构表征。然后,利用GelMA上的残余氨基与DF-PEG上的醛基反应生成席夫碱键,同时加入碳纳米管,从而制备得到37℃条件下即可稳定存在的GelMA/DF-PEG电活性复合水凝胶。体外降解实验结果表明,该水凝胶可完全降解;流变学测试表明,该水凝胶具备剪切变稀和粘弹性行为,满足生物3D打印对材料的要求;采用生物3D打印技术评测电活性复合水凝胶的打印适性,说明该电活性复合水凝胶具有良好的生物打印适性;导电率测试结果表明,电活性复合水凝胶的导电率可达10~(-4)S/cm以上,可满足细胞对微电流刺激的需要。总之,本文基于席夫碱键制备得到两种电活性复合水凝胶,均具有良好的生物3D打印适性,且二者的导电率均在10~(-4)S/cm以上,有望作为组织工程支架材料,通过生物3D打印构建电刺激响应组织如心肌组织、神经组织等。
【学位授予单位】：北京印刷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26

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