用于細(xì)胞培養(yǎng)的聚乙烯醇-海藻酸鈣水凝膠力學(xué)性能的模擬及定量控制.pdf

1、水凝膠作為一種高彈性、高含水率、生物相容性良好的生物材料,已為大家所熟知。通過控制交聯(lián)形成的合成水凝膠具有確定的結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的機(jī)械性質(zhì),而天然水凝膠則表現(xiàn)出良好生物相容性及特殊功能性。將人工合成水凝膠與天然水凝膠相結(jié)合,制備出機(jī)械性能、功能性都良好的生物材料,彌補(bǔ)了單一合成水凝膠、天然水凝膠性能的不足,擴(kuò)大了水凝膠材料的適用范圍,提高了水凝膠的性能。
　　細(xì)胞所處微環(huán)境的變化嚴(yán)重影響細(xì)胞生物學(xué)行為,細(xì)胞的力學(xué)響應(yīng)行為就是其中之一。對

2、錨著生長的細(xì)胞而言,細(xì)胞力學(xué)響應(yīng)行為主要表現(xiàn)在細(xì)胞感應(yīng)其粘附基底的硬度變化時(shí),通過自身調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的生物學(xué)行為的改變,如細(xì)胞形態(tài)、遷移取向以及增殖、分化的改變等,而這些生物學(xué)行為的改變對組織發(fā)展、甚至整個(gè)生命體都有巨大的影響。因此,構(gòu)建細(xì)胞體外培養(yǎng)模型對研究細(xì)胞生物學(xué)行為相當(dāng)重要。
　　本文采用冷凍——解凍法交聯(lián)聚乙烯醇,離子交聯(lián)海藻酸鈉制備了聚乙烯醇/海藻酸鈣(PVA/SA-Ca)復(fù)合水凝膠,考查了冷凍——解凍循環(huán)次數(shù)、凝膠配比和

3、氯化鈣溶液濃度等因素對凝膠機(jī)械性能、溶脹性能影響。對于濃度1％聚乙烯醇和2.5％海藻酸鈉混合水凝膠而言,當(dāng)冷凍——解凍循環(huán)達(dá)到6次時(shí),聚乙烯醇完全交聯(lián);形成的PVA/SA水凝膠浸泡于Ca2+溶液中約4h,離子交聯(lián)反應(yīng)完成。隨Ca2+濃度的增大,凝膠的平衡含水率(EWC)不斷減小;當(dāng)海藻酸鈉(SA)含量較小時(shí),凝膠的彈性模量隨Ca2+濃度的增大而增大,當(dāng)海藻酸鈉(SA)含量較大時(shí),在Ca2+=0.075mol/L時(shí), PVA/SA-Ca水

4、凝膠的彈性模量出現(xiàn)極大值。進(jìn)而,從鈣離子濃度(c)、海藻酸鈉含量(w)出發(fā),分別研究了c、w與EWC,c、w與E的函數(shù)關(guān)系,通過回歸分析建立影響復(fù)合水凝膠EWC、E的數(shù)學(xué)模型。另外,本研究采用改進(jìn)拉伸法測量復(fù)合水凝膠的彈性模量,此拉伸法在減小水凝膠自身重力產(chǎn)生的形變誤差方面具有顯著的效果,操作簡單且測量結(jié)果準(zhǔn)確,為真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模擬打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了對聚乙烯醇/海藻酸鈣水凝膠力學(xué)性能的模擬與定量控制。
　　本文將PVA/SA

5、-Ca復(fù)合凝膠用于肝細(xì)胞培養(yǎng),且對細(xì)胞的力學(xué)響應(yīng)行為進(jìn)行了初步研究。分別取彈性模量值為3.6 kPa,10 kPa及30 kPa的混合水凝膠模擬肝纖維化病變過程中肝臟組織,研究了L02細(xì)胞在不同硬度基底上形態(tài)變化。用Image J軟件測量細(xì)胞在不同硬度基底上鋪展面積、細(xì)胞周長等參數(shù),發(fā)現(xiàn)在較軟的基底上,細(xì)胞圓度值(CF)接近1,細(xì)胞具有較圓的形態(tài);而在較硬基底上,細(xì)胞鋪展面積較大,成多邊形生長,且隨著基底硬度的不斷增大,這一現(xiàn)象更加明顯