不同表面形貌聚合物膜的制备及细胞培养

论文摘要

聚膦腈是由交替的氮、磷元素以交替的单双键构成无机主链,以有机基团为侧基的高分子,这使得它们可以兼有无机和有机高聚物的性能,可以应用到航空航天,石油,军工,生物医用等多个领域。在生物医学领域中,应用最多的是生物可降解聚膦腈,这主要是由于不同的侧链基团能够极大的影响聚膦腈主链的水解性能,使得其降解速度可控,而且其降解的产物通常为无毒性的磷酸盐、氨盐和相应的侧基,不会导致炎症反应。作为一类理想的生物医用高分子材料,聚膦腈已被美国FDA认证,得到了广泛的研究和应用。基于植入材料的再生修复研究中,材料的表面性质与细胞间的相互作用是关键因素之一,因为细胞只有粘附到材料表面,才能实现其功能发挥。表面具有特定拓扑学结构的人工基质已经被广泛用来调控细胞的粘附、增殖和分化。应用涂覆、刻蚀、电纺和接枝等方法,可以在材料表面构建不同特征的拓扑学结构,如沟槽、微孔等,用于研究与细胞的相互作用。但这些研究多数是在金属、无机和非生物降解高分子基材上开展的,较少有在生物可降解高分子表面进行类似研究的。因此,本论文研究了在高湿度环境下聚膦腈的浇铸成膜,并将得到的具有不同表面形貌的膜进行了表征,通过细胞的体外培养研究了其对细胞粘附、增殖及分化的影响。1.通过熔融开环聚合、侧基亲核取代等方法,制备了聚（甘氨酸乙酯-丙氨酸乙酯）膦腈（PAGP）和乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA7030）,并通过1H-NMR, GPC和特性粘数等方法对其结构、组成及分子量等性质进行了表征；2.运用溶液浇铸的方法,在不同湿度环境下制备了PAGP和PLGA7030的聚合物膜,并通过SEM, AFM, XPS和水接触角等对膜的表面性质进行了表征。实验发现,改变溶液浓度和环境相对湿度,可显著改变聚膦腈浇注膜的表面形貌和组成,高相对湿度环境下制备的聚膦腈膜会形成图案化的表面,且与水亲和性高的极性原子（如P和N）表现出在其表面富集的现象；3.对聚合物膜进行了蛋白吸附实验及细胞的粘附和增殖实验,结果表明,表面粗糙度高的图案化聚膦腈膜在单位面积内能吸附更多的蛋白质,这个特性使小鼠成骨细胞OCT-1更容易粘附,增殖速度更快；4.通过成骨细胞的体外培养实验,进行了碱性磷酸酶（ALP）活性、钙化沉积和Ⅰ型胶原合成的测试,研究了聚膦腈膜对成骨细胞分化的影响。结果表明,表面粗糙度的提高和P元素含量的增加能够促进小鼠成骨细胞OCT-1的分化及功能表达。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 组织工程
• 1.2 拓扑结构
• 1.2.1 拓扑结构的构建
• 1.2.2 拓扑结构对细胞相容性的影响
• 1.3 生物医用高分子材料
• 1.3.1 聚膦腈
• 1.3.2 乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）
• 1.3.3 聚膦腈与PLGA的对比
• 1.4 本论文的目的及工作内容
• 1.4.1 本论文思路的提出
• 1.4.2 主要工作内容
• 第二章 聚膦腈及PLGA的合成和膜的制备及表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及处理方法
• 2.2.2 PLGA7030的合成
• 2.2.3 PAGP的合成
• 2.2.4 聚合物的表征
• 2.2.5 聚合物浇铸膜的制备
• 2.2.6 聚合物浇铸膜的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚合物的合成
• 2.3.2 聚合物的组成和分子量
• 2.3.3 聚合物浇铸膜的制备
• 2.3.4 聚合物膜的表面形貌观察
• 2.3.5 聚合物膜的粗糙度
• 2.3.6 膜表面的元素分析
• 2.3.7 浇铸膜的亲水性测试
• 2.4 小结
• 第三章 聚合物浇注膜的细胞测试
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂及处理方法
• 3.2.2 蛋白质吸附的测定
• 3.2.3 细胞培养
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 蛋白质的吸附结果
• 3.3.2 细胞的贴附率
• 3.3.3 细胞的增殖
• 3.3.4 细胞在膜表面的粘附形态
• 3.3.5 ALP活性
• 3.3.6 钙化沉积
• 3.3.7 Ⅰ型胶原合成
• 3.4 小结
• 第四章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书