利用动态共价键构筑可注射自修复水凝胶

发布时间：2018-03-31 04:01

本文选题：可注射水凝胶　切入点：自修复　出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：可注射水凝胶在药物输运,组织工程以及细胞3D培养等生物领域有着广泛的应用前景。相比于传统的制备水凝胶的方式,其原位凝胶化的特性使其有着植入简便,药物包埋简单,形状自适应性强等优点,因此在生物医药领域一直备受关注。而植入人体内的水凝胶由于一直受着外力的持续作用,难免发生破损。因此,为避免由此带来的一系列问题,在满足可注射要求的同时,将自修复性能引入所制备的凝胶中,将极大实用价值。本文就主要集中于开发利用动态共价键设计和制备可注射自修复材料的新策略,并探索其机理与实用价值。具体来说,主要分为以下三个方面:设计制备了一种基于扩链F127(PE090-PPO65-PEO90)多嵌段聚合物的温敏性可注射自修复水凝胶。具体方式为通过端基改性,在F127分子的两端引入醛基,然后用己二酸二酰肼作为扩链剂,在室温条件下发生缩聚反应,得到通过酰腙键连接的多嵌段温敏性聚合物。这种多嵌段聚合物依然保留着F127本身的温敏性,因而可以在低温下保持低黏度的溶液状态,当温度升高到生理温度(37℃)后,可以原位发生快速的溶胶凝胶转变。这一性质使其可以被用作可注射水凝胶。同时,由于体系中存在可以在温和条件下发生可逆的断裂和再生的动态酰腙键,因而所制备的凝胶还被赋予了自修复性能。这种凝胶主体虽然仍是F127,但相比于普通的F127凝胶具有更好的机械性能,更低的成胶浓度以及更长的浸溶时间,有效的拓展了基于F127的可注射水凝胶的应用范围。通过将巯基改性的F127和1,2-二噻戊环改性的PEG共溶在水中,合成了一种可以在弱酸性到碱性条件下均可自修复的可注射水凝胶。通过简单的将巯基改性的F127和二噻戊环改性的聚乙二醇在共溶将巯基改性的F127和1,2-二噻戊环改性的PEG共溶在水中,合成了一种可以在弱酸性到碱性条件下均可自修复的可注射水凝胶在水中,在适当升温促使巯基的二硫键的交换反应达到平衡,即可得到动态交联的可注射水凝胶。这种交联的水凝胶依然具有温敏性,因此可以在低温下以低黏度的溶液状态被注射到生物体的目标位置,并在注射后在生理温度的刺激下原位发生快速的凝胶化。而且,相比于普通的直链二硫键,五元环内的二硫键由于受到环张力的影响,其活性被大大提高,使得原本只能在碱性条件下发生的巯基-二硫键交换反应可以在弱酸性条件下发生,由此赋予了凝胶在弱酸性到碱性这样一个广泛的pH范围内均可自修复的性能。考虑到二硫键是一种在生物体内如蛋白质中广泛存在的一种化学键,基本不具有细胞毒性,因此这种可注射水凝胶在药物输运,组织工程,细胞3D培养等方面可能有着更加广阔的应用前景。提出了一种新的设计制备机械性能和成胶时间可调,同时还具有双重pH响应的自修复性能的动态互穿网络水凝胶的手段。运用双筒注射器,将两种不同组分的聚合物溶液在注射的同时在针头处混合,制备出了由酰腙和苯硼酸酯分别充当动态交联点的两重正交动态聚合物网络相互穿插而形成的全互穿网络动态水凝胶。其交联时间和机械性能都可以简单的通过体系pH值和固含量来进行调控。而且由于酰腙和苯硼酸酯的交换反应发生在不同的pH条件下,最终所制备的水凝胶在酸性和碱性条件下均可自修复。除此之外,还可以利用调节体系pH值,选择性的降解其中一套聚合物网络,使得凝胶结构可以在全互穿网络和半互穿网络结构中发生可逆的转变,从而达到调节凝胶的微观多孔结构以及宏观的机械性能的目的。这一性质在药物输运和组织工程等领域有着潜在的应用前景。
[Abstract]:A self - repairing hydrogel capable of self - repairing can be prepared by introducing thiol - modified F127 and 1 , 2 - thiadiazole modified PEG into water to obtain a multi - block temperature - sensitive polymer capable of self - repairing under mild conditions .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ427.26

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