高强度胶原蛋白—聚乙二醇双网络水凝胶的制备及其性能研究

发布时间：2017-04-27 03:13

  本文关键词：高强度胶原蛋白—聚乙二醇双网络水凝胶的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双网络水凝胶因高含水量(90%)和优异的机械性能而受到广泛关注,目前研究集中于提高其细胞和组织相容性以应用于生物材料领域。本文以水凝胶的压缩模量、断裂强度等力学指标为出发点,旨在构建具有优异力学性能及良好生物相容性的双网络水凝胶并以期应用于骨、软骨等组织修复。(1)CP双网络水凝胶的制备及表征。合成高分子聚乙二醇双丙烯酸酯(Polyethylene glycol diacrylate,PEGDA)通过紫外光(365 nm)照射形成柔性第一网络,天然大分子胶原蛋白(Collagen,Col)在化学交联剂的作用下形成脆性第二网络,构建得到具有高机械强度的CP双网络水凝胶。当Col占PEGDA的重量百分比8~14 wt%时,水凝胶的内部孔隙率增加,孔径介于200~300μm之间。Col占比为8 wt%时,CP水凝胶断裂强度为783.3 k Pa,分别为Col和PEGDA水凝胶的12.6和49.6倍;CP水凝胶的压缩模量是PEGDA水凝胶的4.7~14.2倍,较Col水凝胶也提高2~3倍。因此,相较于Col和PEGDA水凝胶,CP水凝胶的刚性和强度均有大幅度的提高。(2)CHP和CHP-Lys水凝胶的制备及表征。通过加入不同含量的透明质酸(Hyaluronic Acid,HA)和L-赖氨酸(L-Lysine,Lys)对CP水凝胶的脆性网络进行改性,分别制得CHP和CHP-Lys水凝胶,可实现对水凝胶骨架结构和力学性能的调控。CHP水凝胶的骨架结构较CP水凝胶更加均一,呈现蜂窝状的互穿结构,孔径变小,介于80~180μm。与CP水凝胶相比较,CHP凝胶强度有所下降,但是韧性增强,压缩率可达79.5%,而CHP-Lys水凝胶骨架变厚,硬度明显增强,压缩模量达414 k Pa,分别是CHP和CP水凝胶的19倍和1.7倍,压缩率在50%以上。在该体系中,HA增加水凝胶的韧性,而Lys能提高水凝胶的刚性,因此,所制备的CHP-Lys水凝胶能够同时具备高压缩模量和压缩率,在力学性能上优于CP和CHP水凝胶。(3)CHP-Lys水凝胶的细胞相容性和组织相容性评价。水凝胶及其浸提液与MC 3T3-E1细胞共培养结果表明,材料对细胞的生长无明显抑制作用,并且能够作为细胞粘附和生长的支架材料。CHP-Lys水凝胶植入小鼠体内后产生轻微的组织排斥反应,且具有生物可降解性,有望在骨、软骨等组织修复中得以应用。
【关键词】：双网络水凝胶 胶原蛋白 聚乙二醇双丙烯酸酯 细胞支架 机械性能
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R943
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 水凝胶概述8-10
• 1.1.1 水凝胶分类8-9
• 1.1.2 水凝胶制备方法9-10
• 1.2 水凝胶在生物医学领域的应用10-11
• 1.2.1 药物传递系统10
• 1.2.2 生物医用材料10-11
• 1.3 水凝胶细胞支架的研究内容11-13
• 1.3.1 细胞-凝胶复合体的制备11-12
• 1.3.2 机械性能12
• 1.3.3 降解性能12
• 1.3.4 物质传递能力12-13
• 1.3.5 生物学性质13
• 1.4 高强度水凝胶的研究进展13-19
• 1.4.1 拓扑结构水凝胶13-14
• 1.4.2 纳米复合结构水凝胶14-15
• 1.4.3 大分子微球复合水凝胶15
• 1.4.4 双网络水凝胶15-19
• 1.5 立题意义及研究内容19-21
• 第二章 PEGDA水凝胶的制备及性能表征21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 实验器材21-22
• 2.2.1 实验原料与试剂21-22
• 2.2.2 实验仪器与设备22
• 2.3 实验方法22-24
• 2.3.1 PEGDA化学合成22
• 2.3.2 PEGDA结构表征22-23
• 2.3.3 PEGDA水凝胶成胶条件的确定23
• 2.3.4 PEGDA水凝胶结构与性能表征23-24
• 2.4 结果与讨论24-28
• 2.4.1 PEGDA结构分析24
• 2.4.2 PEGDA水凝胶成胶条件分析24-26
• 2.4.3 PEGDA水凝胶结构与性能分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 胶原蛋白-PEGDA双网络水凝胶的制备及性能表征29-39
• 3.1 引言29-30
• 3.2 实验器材30
• 3.2.1 实验原料与试剂30
• 3.2.2 实验仪器与设备30
• 3.3 实验方法30-32
• 3.3.1 Col和PEGDA双网络凝胶（CP）的制备30-31
• 3.3.2 ATR-FTIR结构测试31
• 3.3.3 SEM形貌观察31
• 3.3.4 结晶度测定31
• 3.3.5 含水量与溶胀性能测定31
• 3.3.6 压缩性能测试31
• 3.3.7 粘弹性能测试31
• 3.3.8 体外降解实验31
• 3.3.9 数据分析31-32
• 3.4 结果与讨论32-38
• 3.4.1 ATR-FTIR结构分析32
• 3.4.2 SEM形貌观察32-33
• 3.4.3 结晶度分析33-34
• 3.4.4 含水量与溶胀性能分析34-35
• 3.4.5 压缩性能分析35-37
• 3.4.6 粘弹性能分析37
• 3.4.7 体外降解分析37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 透明质酸/胶原蛋白-PEGDA双网络水凝胶的制备及性能表征39-44
• 4.1 引言39
• 4.2 实验器材39-40
• 4.2.1 实验原料与试剂39
• 4.2.2 实验仪器与设备39-40
• 4.3 实验方法40
• 4.3.1 CHP水凝胶和CHP-Lys水凝胶的制备40
• 4.3.2 SEM形貌观察40
• 4.3.3 含水量与溶胀性能测定40
• 4.3.4 压缩性能测试40
• 4.3.5 数据分析40
• 4.4 结果与讨论40-43
• 4.4.1 SEM形貌观察40-41
• 4.4.2 含水量与溶胀性能分析41-42
• 4.4.3 压缩性能分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 CHP-Lys水凝胶细胞与组织相容性初步评价44-56
• 5.1 引言44
• 5.2 实验器材44-45
• 5.2.1 实验原料与试剂44-45
• 5.2.2 实验仪器与设备45
• 5.3 实验方法45-49
• 5.3.1 CHP-Lys水凝胶细胞相容性实验45-47
• 5.3.2 CHP-Lys水凝胶组织相容性实验47-49
• 5.3.3 数据分析49
• 5.4 结果与讨论49-55
• 5.4.1 CHP-Lys水凝胶细胞相容性分析49-53
• 5.4.2 CHP-Lys水凝胶组织相容性分析53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 主要结论与展望56-57
• 主要结论56
• 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-65
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文65

【参考文献】

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本文编号：329817