基于生物大分子的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠：制備與表征.pdf

1、聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)水凝膠將單個(gè)聚合物的優(yōu)勢與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用聯(lián)系結(jié)合在了一起，但是化學(xué)交聯(lián)劑經(jīng)常用于改善水凝膠的力學(xué)屬性。為了提高純的聚乙烯醇(PVA)水凝膠的生物相容性，可(將)不同生物可降解聚合物（例如明膠）的水凝膠混合物與其混合。一種由凍-融循環(huán)法制備出的IPN聚乙烯醇/明膠(PVA/GE)水凝膠可作為組織再生的非生物降解支架。我們研究了IPN PVA/GE水凝膠中交聯(lián)劑對其物理、力學(xué)和生物性能的影響。伴隨著明膠的濃度

2、和凍-融循環(huán)次數(shù)的增加，凝膠含量和強(qiáng)度也得到了提升。我們評價(jià)了此凝膠的形貌，并和純的PVA水凝膠做了比對。得到的結(jié)果表明，當(dāng)向PVA中加入天然高分子后，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。相反的是，具有最高天然高分子含量(7％)的樣品展示出了較低的規(guī)則結(jié)構(gòu)和最高的總孔隙度。按PVA凝膠的重量2％加入明膠，IPN PVA/GE水凝膠的拉伸強(qiáng)度增長了0.89MPa。并且，通過將明膠的量從0％增長到2％w/v，水凝膠的水蒸汽透過率(WVTR)也增加了。

3、后來我們將成纖維細(xì)胞，例如L929細(xì)胞，使其在交聯(lián)IPN PVA/GE水凝膠的表面上生長。MTT數(shù)據(jù)證實(shí)細(xì)胞易在交聯(lián)IPNPVA/GE支架材料上擴(kuò)散。這種成纖維細(xì)胞-基體相互作用表現(xiàn)出:借助于GE和交聯(lián)劑，凝膠的生物相容性增強(qiáng)了。
　　為了盡量避免使用任何化學(xué)合成交聯(lián)劑和修飾劑，我們將一種酶和物理交聯(lián)的方法應(yīng)用于制備聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)明膠(GE)/聚乙烯醇(PVA)水凝膠。明膠/聚乙烯醇(PVA)水凝膠是在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(transg

4、lutamiase enzyme，TG)交聯(lián)明膠，并用凍/融技術(shù)交聯(lián)PVA。 PVA/GE混合物中的交聯(lián)對水凝膠物理、力學(xué)和生物性能進(jìn)行考察。當(dāng)加入很少的明膠后，PVA/GEIPN水凝膠的凝膠合量明顯增加。此種IPN水凝膠擁有好均勻多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)加入7％的明膠，IPN水凝膠的拉伸強(qiáng)度增長了0.75MPa。MTT比色法的數(shù)據(jù)證實(shí)了交聯(lián)IPN水凝膠展示出優(yōu)異的生物相容性。在IPN水凝膠上人工培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞顯示了更好的擴(kuò)散能力和增長率。

5、>　　通過(將)水凝膠浸入含少量的交聯(lián)劑組分碳二亞銨鹽(EDC)進(jìn)入到95％(w/v)丙酮/水混合溶劑之中，透明質(zhì)酸(sodium hyaluronate，HA)也被引進(jìn)PVA/明膠體系之中。為了表征水凝膠，掃描電子顯微鏡(SEM)和拉力機(jī)被用于測試。結(jié)果顯示，合44-60％的凝膠含量水凝膠中，水平衡含量為62-40％，平衡溶脹度為165-69％，拉伸強(qiáng)度0.71MPa以及水蒸氣滲透速率為6139-8283±24g/m2/day，這表明

6、在傷口痊愈的過程中，水凝膠能夠通過獲得一個(gè)潮濕的傷口床環(huán)境促進(jìn)上皮細(xì)胞的遷移，從而減輕創(chuàng)口的嚴(yán)重滲流。結(jié)果揭示出，在一些合理的治療和制藥應(yīng)用中，PVA/明膠-HA水凝膠能夠滿足人們獲得諸如WVTR高值和優(yōu)異的力學(xué)屬性等特征下的重需求。
　　光致交聯(lián)和生物可降解藻酸鹽水凝膠被設(shè)計(jì)用于生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由紫外光照射藻酸鹽水凝膠引發(fā)交聯(lián)形成。這種IPN光致交聯(lián)藻酸鹽大分子單體是由反應(yīng)性海藻酸鈉與氯化N-(3-氨丙基)甲

7、基丙烯酰銨鹽，在碳化二亞銨鹽、N-羥基琥珀酰亞胺、明膠(GE)以及谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(mTG)下制備出來的。使用0.05％的光引發(fā)劑在紫外光的照射下光致交聯(lián)甲基丙烯酸酯化的藻酸鹽。我們考察了光致交聯(lián)對修飾后藻酸鹽/GE混合物的力學(xué)以及生物屬性的影響。IPN光致交聯(lián)藻酸鹽水凝膠的膨脹性、彈性模量和降解速率可以從改變藻酸鹽的量來控制。此種甲基丙烯酸酯化的藻酸鹽大分子單體以及IPN光致交聯(lián)藻酸鹽水凝膠展示了無毒性效應(yīng)以及優(yōu)異的細(xì)胞相容性。此外，細(xì)

8、胞懸浮包囊藻酸鹽水凝膠后，在甲基丙烯酸酯化藻酸鹽的水相溶劑中進(jìn)行原位光致交聯(lián)，包囊進(jìn)水凝膠的活性軟骨細(xì)胞維持了活性和新陳代謝作用，這些正如Live/Dead法和MTT法所表現(xiàn)出的結(jié)果。作為治療性產(chǎn)品，這些具備優(yōu)異力學(xué)性能和降解速率的IPN光致交聯(lián)藻酸鹽水凝膠可能會在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有較大的效益。
　　作為一種陰離子多糖，透明質(zhì)酸(HA)是一種主要的天然胞外基質(zhì)(ECM)的組成成分。盡管被廣泛用于組織工程應(yīng)用中，HA并不支持細(xì)胞黏附和擴(kuò)

9、散，因而我們需要通過化學(xué)改性使其支持細(xì)胞黏附。在前期的工作中，我們制備出了光致交聯(lián)甲基丙烯酸縮水甘油酯-HA(GMHA)水凝膠生物材料，它具有細(xì)胞相容性，生物活性以及在相對于原生HA更低的透明質(zhì)酸酶降解速率。在當(dāng)前的研究中，我們使用甲基丙烯酸縮水甘油酯通過酶促和光誘導(dǎo)聚合的方式合成出HA/明膠IPN水凝膠，為了避免與細(xì)胞層的直接接觸，水凝膠是以在明膠、光引發(fā)劑和紫外光輻射多層的情況下形成的。通過細(xì)胞形態(tài)的觀測發(fā)現(xiàn)明膠混合物和透明質(zhì)酸溶液

10、具有很高的細(xì)胞相容性。水凝膠的結(jié)構(gòu)通過掃描電子顯微鏡(SEM)分析和HA/GMA與明膠的比例來表征的。我們也考察了凝膠含量、平衡水含量、力學(xué)測試以及細(xì)胞毒性。SEM的結(jié)果說明其具有內(nèi)部相通的孔道和大量規(guī)則分散的孔。(將)10％w/v到20％w/v不等的明膠加入到HA-GMA之中，其壓縮模量從12184±3.00增加到20105±7.54 kPa。HA-GMA/明膠的細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明其對于L929細(xì)胞無毒性。
　　我們合成出了甲基丙

11、烯酸縮水甘油酯衍生的葡聚糖(Dex-GMA)。并通過掃描電子顯微鏡(SEM)分析和Dex-GMA與明膠的組成來表征這些水凝膠。探究了凝膠合量、平衡水含量、力學(xué)測試和細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)。SEM的結(jié)果表明，水凝膠具有內(nèi)部相通的孔道和大量的規(guī)則分散孔道。加入從10％w/v到20％w/v不等的明膠到Dex-GMA中，Dex-GMA壓縮模量從12184±3.00增加到41520±7.54kPa。Dex-GMA/明膠的細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明其對于L929細(xì)胞無