基于生物相容性光子晶体的细胞培养和药物评估应用

发布时间：2021-04-19 11:28

　　结构色材料是一种具有有序微纳结构的材料,它可以与光相互作用而产生颜色。其独特的周期性微纳结构和光学传感特性,使其在组织工程、细胞行为学研究、药物筛选和生物发育等方面有着巨大的潜在应用价值。在细胞研究中,细胞与材料间的相互作用一直是研究的热点,其中主要包括细胞在材料表面的吸附、生长、增殖、分化和凋亡等多种行为。因此,这种基于结构色材料构建的检测平台将在细胞与材料相互作用的研究中发挥重要的作用。和其他检测平台相比,基于结构色材料构建的细胞检测平台,不需要荧光染色,避免了待检细胞死亡或荧光猝灭等现象的发生。其本身所具有的高效、稳定且不受外界干扰的光学编码元素,可在不伤害细胞的情况下,实现细胞生理过程的实时监测,比如细胞的增殖、分化、凋亡和趋性等过程。本论文主要阐述了生物相容性反蛋白石结构色水凝胶材料在细胞传感中的研究,构建了基于结构色材料的器官芯片,并开发其在药物筛选和评估等领域中的应用,具体内容如下:（1）以二氧化硅胶体粒子为构筑基元,制备了光子晶体膜、光子晶体纤维、光子晶体微球模板。基于生物相容性GelMA水凝胶和光子晶体模板,获得了生物相容性的反蛋白石GelMA水凝胶膜、GelMA水凝... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 结构色材料
        1.1.1 结构色的来源
        1.1.2 自然界中的结构色
        1.1.3 仿生结构色材料
        1.1.4 结构色材料的调控
    1.2 结构色材料在细胞研究中的应用
        1.2.1 基于结构色材料的细胞取向生长
        1.2.2 细胞在结构色材料表面的诱导分化
        1.2.3 基于结构色材料的细胞检测
        1.2.4 基于结构色微载体的细胞研究
    1.3 本论文的主要研究工作
    1.4 参考文献
第二章 反蛋白石水凝胶的制备及其在自修复结构色水凝胶中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂与仪器
        2.2.2 GelMA水凝胶的制备
        2.2.3 光子晶体模板的制备
            2.2.3.1 二氧化硅粒子的纯化
            2.2.3.2 光子晶体膜的制备
            2.2.3.3 光子晶体纤维的制备
            2.2.3.4 光子晶体微球模板的制备
        2.2.4 反蛋白石结构色水凝胶的制备
            2.2.4.1 反蛋白石结构色水凝胶膜的制备
            2.2.4.2 反蛋白石结构色水凝胶纤维的制备
            2.2.4.3 核-壳球形光子晶体微载体的制备
        2.2.5 复合反蛋白石自修复水凝胶的制备
            2.2.5.1 基于BSA构建自修复结构色水凝胶体系
            2.2.5.2 基于自修复结构色水凝胶进行图案修复
            2.2.5.3 基于自修复结构色水凝胶制备防伪图标
            2.2.5.4 基于自修复结构色水凝胶的细胞培养
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 GelMA水凝胶的制备
        2.3.2 反蛋白石水凝胶的制备和表征
            2.3.2.1 反蛋白石水凝胶膜的制备和表征
            2.3.2.2 反蛋白石水凝胶纤维的制备和表征
            2.3.2.3 核-壳球形光子晶体微载体的制备和表征
        2.3.3 复合反蛋白石自修复水凝胶的应用
            2.3.3.1 复合反蛋白石自修复水凝胶的制备和表征
            2.3.3.2 自修复结构色水凝胶在图案修复中的应用
            2.3.3.3 自修复结构色水凝胶在防伪图标中的应用
            2.3.3.4 自修复结构色水凝胶在细胞培养中的应用
    2.4 本章小结
    2.5 参考文献
第三章 基于结构色水凝胶心脏芯片的构建及其在心脏药物评估中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 心肌细胞的提取
            3.2.2.1 实验的准备
            3.2.2.2 原代心肌细胞的提取
        3.2.3 心肌细胞在结构色水凝胶上的培养
            3.2.3.1 反蛋白石GelMA结构色水凝胶的处理
            3.2.3.2 反蛋白石GelMA结构色水凝胶心肌细胞的培养
            3.2.2.3 心肌细胞荧光染色表征
            3.2.2.4 心肌细胞扫描电镜表征
            3.2.2.5 基于反蛋白石结构色水凝胶膜心肌细胞的分析
        3.2.4 基于反蛋白石结构色水凝胶膜心脏芯片的构建
            3.2.4.1 心脏芯片的设计
            3.2.4.2 心肌细胞在心脏芯片中的培养
            3.2.4.3 心脏芯片用于心肌药物的评估
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 基于反蛋白石结构色水凝胶膜的心肌细胞培养
            3.3.1.1 心肌细胞驱动反蛋白石水凝胶结构色变化的原理
            3.3.1.2 心肌细胞驱动反蛋白石水凝胶结构色的途径
            3.3.1.3 基于反蛋白石GelMA结构色水凝胶膜心肌细胞的培养
            3.3.1.4 基于反蛋白石GelMA结构色水凝胶膜心肌细胞的分析
        3.3.2 基于条纹反蛋白石GelMA结构色水凝胶膜心肌细胞的培养
            3.3.2.1 条纹反蛋白石GelMA结构色水凝胶膜用于心肌细胞的定向诱导
            3.3.2.2 基于条纹反蛋白GelMA结构色水凝胶膜心肌细胞的分析
        3.3.3 反蛋白石结构色水凝胶在心脏芯片中的应用
            3.3.3.1 基于条纹反蛋白石GelMA结构色水凝胶膜心脏芯片的构建
            3.3.3.2 心脏芯片在心肌药物评估中的应用
    3.4 本章小结
    3.5 参考文献
第四章 基于光子晶体微载体多器官芯片的构建及其在药物筛选中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 细胞的培养
            4.2.2.1 实验的准备
            4.2.2.2 细胞的复苏、传代及冻存
        4.2.3 基于核-壳光子晶体微球微载体细胞的培养
            4.2.3.1 核-壳球形光子晶体微载体的处理
            4.2.3.2 基于核-壳GelMA球形光子晶体微载体细胞聚集体的形成
            4.2.2.3 细胞荧光染色
            4.2.2.4 细胞扫描电镜表征
            4.2.2.5 细胞活性检测
        4.2.4 基于核-壳GelMA球形光子晶体微载体多器官芯片的构建
            4.2.4.1 多器官芯片模型的构建
            4.2.4.2 多器官芯片用于药物的筛选和评估
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 细胞聚集体的培养
            4.3.1.1 核-壳球形光子晶体微载体的生物相容性评价
            4.3.1.2 基于核-壳光子晶体微球HepG2细胞球形聚集体的形成
            4.3.1.3 核-壳球形光子晶体微载体用于不同细胞聚集体的培养
        4.3.2 HepG2和HCT-116混合培养体系的构建及应用
            4.3.2.1 HepG2和HCT-116混合培养体系的构建
            4.3.2.2 混合培养体系在抗肿瘤药物替加氟的代谢途径研究
        4.3.3 多器官芯片（HepG2、HCT-116和NIH-3T3）的构建及其应用
            4.3.3.1 多器官芯片混合培养体系的构建
            4.3.3.2 多器官芯片在抗肿瘤药物（替加氟）代谢途径中的研究
    4.4 本章小结
    4.5 参考文献
第五章 总结与展望
博士期间发表的论文和申请专利
博士期间获奖情况
致谢
附录 部分彩图



本文编号：3147462