光交联丝素蛋白/明胶共聚水凝胶的制备和性能研究
发布时间：2021-04-12 00:59
水凝胶因具有与天然组织相似的结构、特性以及性能可调控等优点,而在组织工程中作为支架材料广泛使用。丝素蛋白由于机械性能优异、生物相容性好和生物可降解等优点广泛用于水凝胶的制备,但目前的制备方法存在着制备条件不够温和,溶胶-凝胶转变速度太慢,或水凝胶的强度高但柔性和延展性不足的缺点。在这里,我们利用光驱动交联的方法制备了丝素蛋白和明胶的共聚水凝胶。通过这种方法,在紫外光和光引发剂的存在下,乙烯基修饰后的丝素蛋白和明胶共混溶液能够在60 s的短暂时间内,实现溶胶到凝胶的转变,得到的共聚水凝胶不仅具有柔性好可延展的特性,而且具有众多性能可调和多生物学功能集成的优点。具体的研究内容如下:（1）对丝素蛋白分子和明胶分子进行了修饰,从而赋予它们紫外光活性。首先,使用单体甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）对丝素蛋白进行乙烯基的修饰。通过控制GMA的使用量,探索了修饰单体浓度对丝素蛋白分子上乙烯基修饰度的影响。通过对修饰前后丝素蛋白的红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（1H-NMR）的测定和分析,证实了在当前实验条件下能够成功在丝素蛋白分子上修饰乙烯基。核磁共振谱图的定量计算结果表明...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）家养桑蚕结出来的茧，（b）SF分子重链氨基酸的种类和含量，（c）蚕丝纤维的结构和再生SF水溶液的制备过程，（d）SF分子主要由二硫键连接在一起的重链和轻链组成，（e）SF分子重链的结构[19-21]
江苏大学硕士学位论文5网络水凝胶。其中均聚物水凝胶指单一种类的单体参与聚合形成水凝胶网络；共聚物水凝胶是由两种或者更多种类单体聚合交联形成的水凝胶，其中至少包含一种亲水性单体；而半互穿网络和互穿网络水凝胶则是在形成第一网络的基础上，其他聚合物组分散在这些网络之间或者形成第二交联网络[35]。根据聚合物的来源又可以将水凝胶分为天然聚合物水凝胶、合成聚合物水凝胶和天然聚合物/合成聚合物复合水凝胶。天然聚合物水凝胶是由多糖和蛋白质等天然聚合物材料交联形成的水凝胶，这类水凝胶通常具有较好的生物相容性和固有的生物可降解性等优点。合成聚合物水凝胶是由合成聚合物如聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酰胺（PAAm）等制备的水凝胶，它们通常可以通过对嵌段结构和分子量设计实现对水凝胶性能如机械性能和降解性能的精确控制[36]。此外，还可以根据响应类型、带电性质和降解性能对水凝胶进行分类[37]（图1.2）图1.2水凝胶的分类[37]Figure1.2Classificationofhydrogels[37]1.3SF基水凝胶如今已有众多的聚合物用于水凝胶的合成，包括合成聚合物和天然聚合物，虽然合成聚合物具有可定制性强、结构清晰和重现性高等优点，但是大多数合成聚合物水凝胶通常仅作为细胞的被动支架，并不能促进细胞间或者细胞与支架间的主动相互作用[36]。与合成聚合物相比，天然聚合物特别是蛋白质除了具有生物相容性和固有的生物可降解性能外，它们通常表现出独特的结构特征和生物活性，因此这些聚合物制备的水凝胶不但可以作为
江苏大学硕士学位论文9（5）电场诱导电场诱导SF凝胶化是一个比较特别的现象，SF水溶液在25v的直流电场下，短暂的时间内便会在阳极表面形成肉眼可见的凝胶，在关闭电场时，这种凝胶能够维持稳定的形态，而在调换电极时其又能恢复溶液状态，并在新建的阳极表面形成全新的凝胶[60]（图1.4a）。SF水溶液在电场作用下形成水凝胶，主要是因为电极附近局部pH的降低，导致SF纳米颗粒表面电荷的带电状态发生改变，失去静电排斥的SF纳米颗粒，进一步组装形成更大的微颗粒，并形成相互间的物理缠结，最终导致水凝胶的形成，当电极被调换后，这些微颗粒表面又重新带上电荷，并相互排斥，从而又重新分散到水相中[61-62]（图1.4b）。电凝胶化过程SF分子并没有发生β-折叠结构的转变，而是主要以α-螺旋为主的无定型结构存在，这是物理交联SF水凝胶中为数不多的β-折叠结构不参与交联的水凝胶，因此水凝胶表现出较好的弹性和柔性。然而，该方法下使用的电场不适用于像细胞包埋之类的应用，而且SF电凝胶的制备对SF的溶液通常有一定的要求[60-62]。图1.4（a）SF电凝胶的制备及其可逆过程[60]，（b）SF电凝胶化的机理[61]Figure1.4(a)PreparationandreversibleprocessofSFelectrogelation[60],(b)MechanismofSFelectrogelation[61]（6）添加剂诱导一些物质如有机溶剂、十二烷基磺酸钠（SDS）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）等加入到SF水溶液中也能诱导SF形成水凝胶。甲醇或乙醇是诱导SF形成水凝胶时经常用到的有机溶剂，此外用甘油诱导SF的凝胶化也有报道[41,63]。Wu等人将SDS添加到4wt%的SF水溶液中在人体温环境下孵育，成功诱导SF凝胶化的转变[64]。Luo等人将HPMC和SF以不同比例混合，并在70℃下孵育2h，也能诱导SF分子向β-折叠结构的转变，形?
本文编号：3132291
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）家养桑蚕结出来的茧，（b）SF分子重链氨基酸的种类和含量，（c）蚕丝纤维的结构和再生SF水溶液的制备过程，（d）SF分子主要由二硫键连接在一起的重链和轻链组成，（e）SF分子重链的结构[19-21]
江苏大学硕士学位论文5网络水凝胶。其中均聚物水凝胶指单一种类的单体参与聚合形成水凝胶网络；共聚物水凝胶是由两种或者更多种类单体聚合交联形成的水凝胶，其中至少包含一种亲水性单体；而半互穿网络和互穿网络水凝胶则是在形成第一网络的基础上，其他聚合物组分散在这些网络之间或者形成第二交联网络[35]。根据聚合物的来源又可以将水凝胶分为天然聚合物水凝胶、合成聚合物水凝胶和天然聚合物/合成聚合物复合水凝胶。天然聚合物水凝胶是由多糖和蛋白质等天然聚合物材料交联形成的水凝胶，这类水凝胶通常具有较好的生物相容性和固有的生物可降解性等优点。合成聚合物水凝胶是由合成聚合物如聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酰胺（PAAm）等制备的水凝胶，它们通常可以通过对嵌段结构和分子量设计实现对水凝胶性能如机械性能和降解性能的精确控制[36]。此外，还可以根据响应类型、带电性质和降解性能对水凝胶进行分类[37]（图1.2）图1.2水凝胶的分类[37]Figure1.2Classificationofhydrogels[37]1.3SF基水凝胶如今已有众多的聚合物用于水凝胶的合成，包括合成聚合物和天然聚合物，虽然合成聚合物具有可定制性强、结构清晰和重现性高等优点，但是大多数合成聚合物水凝胶通常仅作为细胞的被动支架，并不能促进细胞间或者细胞与支架间的主动相互作用[36]。与合成聚合物相比，天然聚合物特别是蛋白质除了具有生物相容性和固有的生物可降解性能外，它们通常表现出独特的结构特征和生物活性，因此这些聚合物制备的水凝胶不但可以作为
江苏大学硕士学位论文9（5）电场诱导电场诱导SF凝胶化是一个比较特别的现象，SF水溶液在25v的直流电场下，短暂的时间内便会在阳极表面形成肉眼可见的凝胶，在关闭电场时，这种凝胶能够维持稳定的形态，而在调换电极时其又能恢复溶液状态，并在新建的阳极表面形成全新的凝胶[60]（图1.4a）。SF水溶液在电场作用下形成水凝胶，主要是因为电极附近局部pH的降低，导致SF纳米颗粒表面电荷的带电状态发生改变，失去静电排斥的SF纳米颗粒，进一步组装形成更大的微颗粒，并形成相互间的物理缠结，最终导致水凝胶的形成，当电极被调换后，这些微颗粒表面又重新带上电荷，并相互排斥，从而又重新分散到水相中[61-62]（图1.4b）。电凝胶化过程SF分子并没有发生β-折叠结构的转变，而是主要以α-螺旋为主的无定型结构存在，这是物理交联SF水凝胶中为数不多的β-折叠结构不参与交联的水凝胶，因此水凝胶表现出较好的弹性和柔性。然而，该方法下使用的电场不适用于像细胞包埋之类的应用，而且SF电凝胶的制备对SF的溶液通常有一定的要求[60-62]。图1.4（a）SF电凝胶的制备及其可逆过程[60]，（b）SF电凝胶化的机理[61]Figure1.4(a)PreparationandreversibleprocessofSFelectrogelation[60],(b)MechanismofSFelectrogelation[61]（6）添加剂诱导一些物质如有机溶剂、十二烷基磺酸钠（SDS）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）等加入到SF水溶液中也能诱导SF形成水凝胶。甲醇或乙醇是诱导SF形成水凝胶时经常用到的有机溶剂，此外用甘油诱导SF的凝胶化也有报道[41,63]。Wu等人将SDS添加到4wt%的SF水溶液中在人体温环境下孵育，成功诱导SF凝胶化的转变[64]。Luo等人将HPMC和SF以不同比例混合，并在70℃下孵育2h，也能诱导SF分子向β-折叠结构的转变，形?
本文编号：3132291
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