自愈合多糖水凝胶的制备、矿化及用于牙缺损修复的研究

发布时间：2020-05-07 08:44

【摘要】：以来源广泛的天然多糖物质海藻酸钠(SA)、壳聚糖(CS)作为原料,马来酸酐被作为改性剂对壳聚糖进行功能化改性,获得双键含量为4582.84±28.43mol/g,接枝率为48.95%的马来酰化壳聚糖(CS-MA)。利用碳二亚胺偶联剂(EDAC/NHS)活化海藻酸钠侧链上的羧基,L-半胱氨酸与活化后羧基发生缩合反应,形成酰胺键,制得游离巯基含量为600.8±94.52mol/g,接枝率为34.85%的巯基化海藻酸钠(SA-SH)。CS-MA侧链上的活性双键与SA-SH上的游离巯基,水溶后在β-甘油磷酸钠调控环境为碱性条件下,迅速发生迈克尔加成反应得到原位成型的马来酰化壳聚糖/巯基化海藻酸钠(CS-MA/SA-SH)多糖基水凝胶,凝胶形成时间不超过15min。根据SEM、溶胀率、旋转流变仪、细胞毒性及AO/EB实验等测试对这种水凝胶进行理化分析,结果证明CS-MA/SA-SH水凝胶不但具备良好的机械性能,多孔网络结构,良好生物相容性等优良特性,同时由于SA中古洛糖醛酸段——“G段”的独特蛋壳状结构与高价阳离子的螯合反应可以形成二次交联位点,使得这种水凝胶又具备一定的自愈合性,通过对愈合界面观察(宏观和微观)、力学强度等测试,证实Ca~(2+)的存在情况下,将赋予CS-MA/SA-SH水凝胶体系新的离子交联网络,使其可于30s内产生新的螯合位点实现断裂部位的快速愈合,愈合效率约76.2%。这种愈合特性,赋予CS-MA/SA-SH水凝胶在形状上的多级可塑特性:(1)迈克尔加成原位成型获得最初形状(2)离子交联获得次级形状,使得材料更能适应形状不规则缺损部位的诊疗领域应用。其次,通过利用水凝胶的特殊三维网络状结构,模拟生物矿化中蛋白纤维束模板,以水凝胶作为“基石”,以甘油磷酸钙(Glycerophosphoric acid calcium salt,CaP)和氯化钙作为Ca~(2+)和PO_4~(3-)的来源。本文设计了一种新颖的“酶促矿化法”,利用碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)对CaP中磷酸基团的剪切,以及在生物矿化过程中诱导钙磷盐沉积产生磷酸钙晶核的作用,在水凝胶中进行体外矿化,获得高纯度的天然生物矿化产物——羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAP)。本实验设置了含有无机质占总质量比分别为0%,30%,50%,70%四种不同的浓度梯度的水凝胶,探究不同钙磷盐的引入量以及矿化时间对于凝胶性质以及矿化结果的影响。在后续的一系里理化分析中,这种引入了钙磷盐的矿化水凝胶不但表现出了原有水凝胶的优良特性,更表现出了良好的生物矿化性能,获得了形貌为片状,花瓣状,棒状的羟基磷灰石材料,且随着矿化时间的延长及所添加无机质浓度的增加获得的矿化产物成分、形貌都更接近天然羟基磷灰石。证实这种材料在人体硬组织缺损修复方面拥有巨大的平台和应用前景,兼具水凝胶原位快速成型性能的同时,又具备模拟矿化的潜质。最后,利用上述试验中所得的凝胶材料,通过对从医院获赠的不同龋坏程度人类牙齿分别进行横纵面的封涂。在模拟体液中观察封闭后牙体的矿化情况,高倍扫描电镜,EDS,激光共聚焦显色实验,压痕硬度等测试结果显示,在不同龋坏程度的牙小管、牙釉质区域,涂覆上述矿化水凝胶前后的牙齿差异巨大,且矿化所得沉积物在成分和形貌上都接近人体天然HAP,能够在较大程度上对牙小管进行封闭,改善牙体釉质表面状态,进而防止健康牙齿在牙釉质受损的情况下进一步被外界真菌感染至牙本质地区引起牙齿敏感或疼痛,并在一定程度上增强牙齿表面硬度。实验证明这种水凝胶材料在口腔缺损方面具有很高的临床应用潜力,不仅材料本身涂覆方便快捷,而且对牙体的封闭保护效果显著。
【图文】：

水凝胶,酰腙,主客体相互作用,自愈合

的不利环境，，达到破坏后重新交联成型的目的，随着研究的不断深入，选择多样、限制更少、性能更优的水凝胶将服务于临床医学的检测及治疗。图1.2. 几种主要的自愈合水凝胶组织（a）基于动态氢键水凝胶（b）主客体相互作用水凝胶（c）二硫键水凝胶（d）席夫碱反应水凝胶（e）酰腙键水凝胶[22]Fig. 1.2. Several major self-healing hydrogels (a) are based on dynamichydrogen bonding hydrogels (b) host-guest interaction hydrogels (c) disulfide bondhydrogels (d) Schiff base reaction hydrogels ( e) Hydrazide bond hydrogel[22]1.2. 牙齿及其缺损修复1.2.1. 牙齿结构天然硬组织，如骨、牙在人的一生中扮演着相当重要的角色，它们之所以能够承担抗压，支撑等生理功能主要原因便是在于其成分和结构。研究表明，牙齿中钙磷盐晶体高达 90% 以上[32]，这些钙磷盐形成的羟基磷灰石（hydroxyapatite ,HAP）以针状、棒状、片状等高度规整形态沿着胶原蛋白纤维

层次结构图,哺乳动物,层次结构,γ羧基谷氨酸

暨南大学硕士学位论文原蛋白；蛋白多糖——包括硫酸软骨素、硫酸皮肤素等，维合成，有些则抑制矿化；含γ羧基谷氨酸蛋白——结合糖蛋白；生长因子；脂类等等，这些有机质控制着釉质晶质与牙釉质结合在一起，形成了能够负载20MPa，3000次能和韧性都表现良好。人类不断进化过程中，受馈于大自强度与韧性兼有的天然硬组织，以供人类进行正常的生
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R783;TQ427.26

【参考文献】