新型聚氨酯材料的生物学效应评价

发布时间：2020-05-29 16:35

【摘要】：背景与目的生物医用高分子材料是一类具有特殊功能的材料,可对有机体组织进行修复、替代与再生。其研究领域涉及生命科学、医学、材料学等。随着生物医用高分子材料的发展和人类对于材料的需求不断增多,生物医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域,如人造器官、手术修复、诊断治疗、康复理疗等。聚氨酯材料是目前常见的医用高分子材料之一,具有生物毒性低、机械性能优异、生物相容性优良等特点,因而在材料及医学等领域被广泛应用。然而,聚氨酯的合成原料异氰酸酯本身有毒,在制造工艺上也存在诸多缺陷,可能会对执业人员造成严重的健康损害。因此,开发更加绿色安全的聚氨酯材料,并对其生物安全性进行系统性评价已经成为目前研究的一大热点。近年来,随着荧光材料的不断出现以及显微成像技术的飞速发展,荧光成像技术的发展也取得了长足的进步,已成为广大科研工作者开展各种生理过程观测和临床病理影像学诊断的一种直接可视化的工具。传统的有机荧光染料和荧光蛋白多数存在光化学稳定性差、Stokes位移小、细胞毒性大等不可忽视的缺点,而聚合物材料具有出色的生物相容性、低毒性、长期稳定性等优点,因此以聚合物为基础,结合其荧光特性开发的荧光成像探针,正得到快速的发展和应用。荧光聚氨酯(Fluorescentpoly(hydroxyurethane),FPHU)是一种新型的能自发荧光的聚氨酯材料,它的合成过程规避了有毒原料异氰酸酯,从而有效的降低了生产加工过程中的职业暴露和损伤。而本研究以不同来源的细胞(L929、THP-1、A549、BEAS-2B、RAW.267)为研究载体,通过对FPHU 一系列细胞毒性及生物相容性特征的检测,明确其作为生物医用材料的可能性;同时针对其能够自发荧光的特性,探索FPHU作为聚合物荧光探针的应用前景。方法分别以本校高分子系创新合成的荧光聚氨酯(FPHU)粗品与纯品两种材料及其浸提液为研究对象;苯酚为阳性对照;细胞系以小鼠成纤维细胞(L929)、小鼠巨噬细胞(RAW.267)、人外周血单核细胞(THP-1)、人肺腺癌细胞(A549)、人正常肺上皮细胞(BEAS-2B)五种细胞为研究载体;在生物相容性方面,于A549、L929、BEAS-2B、RAW.267四种细胞探索材料的细胞毒性;于L929和THP-1细胞进一步探索材料浸提液对细胞活力、细胞凋亡、细胞周期和炎症反应的影响;并使用兔血进行溶血实验,评价FPHU材料的血液相容性。在生物应用方面,我们对FPHU材料进行光物理性质表征,并于A549、BEAS-2B和L929三种细胞上进行细胞成像实验。同时,本实验针对乙醇透析的纯化方法,对纯化前后FPHU材料的生物相容性和成像应用效果进行了比较。结果经纯化后的FPHU材料浓度低于0.3mg/ml时,对L929、A549、BEAS-2B、RAW.267四种细胞毒性较小,其100%材料浸提液处理细胞48h后,细胞活力仍高于70%,并且不会引起细胞凋亡的产生和细胞周期的改变,也不会促进炎症因子的产生,其溶血率小于5%,符合生物医用材料血液相容性评价标准。FPHU在360nm波长激发下能发出稳定的荧光,量子产率高达23.6%,具有优异的抗光漂白性,成像实验证明其在L929、A549、BEAS-2B三种细胞中发出稳定荧光。结论FPHU材料具有良好的生物相容性和优异的荧光性能,可以作为生物医用材料应用;但成像应用方面,其进入细胞的效率较低,成像效果不理想,还需进一步改进。乙醇透析的纯化方法能明显提高FPHU材料的生物相容性和改善细胞成像效果。
【图文】：

凝胶渗透色谱,甲酸酯,聚氨酯,材料

本论文检测的材料包括未经纯化的ＦＰＨＵ粗品和经过透析纯化的纯品两逡逑种，由本校高分子系创新合成得到。首先，，我们通过凝胶渗透色谱对纯化前后逡逑ＦＰＨＵ的分子量和分子量分布进行分析。如图４．１Ａ所示，第一个峰指示高分逡逑子聚氨酯，蓝色虚框部分指示低分子量的单体羟基氨基甲酸酯，随后两个峰分逡逑别指示溶剂Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）和乙醇。由图４．１Ａ可知，ＦＰＨＵ材料逡逑经纯化后，羟基氨基甲酸酯的量明显减少。接着，我们通过核磁共振检测纯化逡逑后的ＦＰＨＵ材料进一步得到其氢谱和碳谱图（图４．１Ｂ和图４．１Ｃ），证明纯化后逡逑的聚氨酯具有明确的结构且无杂质。逡逑Ａ逡逑逦邋Ｉ＇ｎｐｕｒｉｌｌｅｄ逡逑逦邋Ｐｕｒｉｆｉｅｄ逡逑８逦１０逦１２逦１４逦１６逦１８逦２０逦２２逡逑Ｅｌｕｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ邋（ｍｉｎ）逡逑１８逡逑

照片,光物理性质,荧光,荧光量子产率

焚光最强（Ｘｅｍ＝４６０ｎｍ），而且呈现出明显的激发依赖性行为。为了进一步证明聚逡逑合物的荧光发光性质，将样品在３６０ｎｍ紫外光的照射下直接观察它们的发光情况，逡逑拍摄的照片如图４．２Ｂ中ａ、ｂ所示，ａ为溶剂对照乙醇，ｂ为ＦＰＨＵ材料溶于乙醇逡逑后的溶液。在紫外光照射下ａ无任何荧光，ｂ有明显的蓝色荧光，说明ＦＰＨＵ材料逡逑能在紫外光下发出荧光。逡逑荧光量子产率（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｙｉｅｌｄ）又称突光量子效率，是指激发态逡逑分子中通过发射荧光而回到基态的分子占全部激发态分子的百分比；它反应物质逡逑发射荧光的能力，荧光量子产率越大，发射的荧光越强。如图４．２Ｃ所示，我们选逡逑择硫酸奎宁作为标准（量子产率为５４％），测出聚合物在不同紫外吸光度下的荧光逡逑强度，并根据公式计算得出荧光量子产率为２３．６％。同时我们对ＦＰＨＵ进行了时间逡逑分辨光谱的测试，如图４．２邋Ｄ所示，其荧光寿命为９．９７邋ｎｓ。此外，对于生物成像应逡逑用，荧光探针的光稳定性非常关键，抗光漂白性是反应荧光材料光稳定性的重要逡逑指标
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

【参考文献】