可注射壳聚糖/海藻酸纳复合水凝胶的制备研究

论文摘要

软骨组织其自身不含血管、淋巴,缺乏自发再生能力。当损伤和缺失后,软骨组织的自身修复能力极其有限,因此缺损后往往不能自行修复。多年来人们一直努力致力于修复或重建受损后的软骨组织的研究,主要的修复方式包括：异体软骨移植、自体软骨移植、人工合成替代品等。这些方法存在着免疫排斥或异物反应等缺点,因此,组织工程修复软骨缺损被寄予厚望。许多天然或合成高分子已经被用来制造软骨组织工程支架,其中以可注射高分子水凝胶材料最为引人注目。壳聚糖是自然界唯一大量存在的碱性多糖,来源广泛,具有很好的生物相容性,是开发医用高分子材料的理想原材料。目前可注射壳聚糖生物水凝胶主要是通过加入多元醇或多元醛,如甘油磷酸钠溶液,在体温下,通过氢键等相互作用形成凝胶。但单一的壳聚糖可注射水凝胶强度一般较低且降解较快,大大限制了其在组织工程中的应用。因此,用其它生物相容性材料与壳聚糖复合改性是最好的选择。针对壳聚糖温敏水凝胶存在的降解快、强度低等问题,本课题开展了天然高分子壳聚糖水凝胶的改性研究,制备了可注射物理、化学交联壳聚糖水凝胶。并对水凝胶的凝胶时间、力学性能、吸水保水性以及体外降解性能等物理化学性能进行了表征以及通过将复合水凝胶与成骨细胞和骨髓干细胞的共培养对复合水凝胶进行了细胞相容性评价。同时考察了壳聚糖物理和生物交联（化学交联）复合水凝胶各组分的比率对凝胶时间、力学性能、吸水保水性以及体外降解性能的影响。结果表明海藻酸钠与壳聚糖物理交联水凝胶,有助于提高单一壳聚糖水凝胶的力学强度,改善了它的降解性能。配比为8/2的N-琥珀酰壳聚糖/氧化海藻酸钠化学交联水凝胶的凝胶时间为7min,压缩强度为30.7kPa,较物理交联水凝胶在力学性能和体外降解性能方面都得到了进一步的改善,且化学交联水凝胶成胶更快,更符合手术操作的需要。成骨细胞和骨髓间充质干细胞培养结果表明物理交联和化学交联可注射复合水凝胶都有很好的细胞相容性、能够促进细胞的生长和增殖,物理、化学交联复合水凝胶可用于软骨及其他软组织缺损修复的组织工程支架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 组织工程
• 1.1.1 组织工程研究内容
• 1.1.2 组织工程材料的性能要求
• 1.1.3 组织工程用生物材料分类
• 1.2 软骨组织工程
• 1.2.1 软骨组织的特点与缺损修复机理
• 1.2.2 软骨组织工程材料
• 1.2.2.1 水凝胶类支架
• 1.2.2.2 多孔支架类
• 1.2.3 软骨修复研究现状及挑战
• 1.3 水凝胶支架的概述
• 1.3.1 水凝胶的分类
• 1.3.1.1 温敏敏感水凝胶
• 1.3.1.2 pH敏感型水凝胶
• 1.3.1.3 生物分子响应型水凝胶
• 1.3.2 水凝胶的制备
• 1.3.2.1 物理交联水凝胶
• 1.3.2.2 化学交联水凝胶
• 1.3.3 水凝胶在生物材料中的应用
• 1.3.3.1 药物缓释载体
• 1.3.3.2 组织工程支架材料
• 1.3.3.3 创面敷料
• 1.4 本课题研究背景及内容
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究目的及内容
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 可注射壳聚糖/海藻酸钠物理交联水凝胶的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂及仪器
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 复合水凝胶的制备流程
• 2.3.2 水凝胶的制备过程
• 2.4 复合水凝胶的表征
• 2.4.1 凝胶化时间
• 2.4.2 力学性能测试
• 2.4.3 水凝胶支架的形貌观察
• 2.4.4 红外图谱
• 2.4.5 平衡溶胀
• 2.4.6 体外降解
• 2.5 复合水凝胶生物学评价
• 2.5.1 成骨细胞培养
• 2.5.1.1 成骨细胞的获取
• 2.5.1.2 成骨细胞接种
• 2.5.2 骨髓间充质干细胞培养
• 2.5.3 Alamar-blue细胞增殖检测
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 水凝胶的形态
• 2.6.2 凝胶时间
• 2.6.3 复合水凝胶的红外光谱分析
• 2.6.4 力学强度检测结果
• 2.6.5 溶胀性能
• 2.6.6 体外降解实验
• 2.6.7 骨髓间充质细胞培养结果
• 2.6.8 成骨细胞培养结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 N-琥珀酰壳聚糖的合成和表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂和仪器设备
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 实验方法与流程
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 样品的表征
• 3.4.1 傅立叶红外光谱分析
• 3.4.2 取代度的计算
• 3.4.3 X-射线衍射分析
• 3.4.4 N-琥珀酰壳聚糖的溶解性实验
• 3.5 结果分析与讨论
• 3.5.1 N-琥珀酰壳聚糖生成机制
• 3.5.2 N-琥珀酰壳聚糖红外表征
• 3.5.3 XRD分析结果
• 3.5.4 酸酐/氨基摩尔比对取代度的影响
• 3.5.5 反应时间对取代度的影响
• 3.5.6 N-琥珀酰壳聚糖的溶解性
• 3.6 本章小结
• 第4章 氧化海藻酸钠的制备与表征
• 4.1 引言
• 4.2 主要原料及仪器
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验步骤与方法
• 4.4 样品表征
• 4.4.1 氧化度的测定（醛基定量测定）
• 4.4.2 FT-IR分析
• 4.4.3 与费林试剂反应
• 4.4.4 氧化海藻酸钠粘度检测
• 4.5 结果分析与讨论
• 4.5.1 海藻酸钠的氧化机理
• 4.5.2 与费林试剂反应
• 4.5.3 氧化度的测定结果
• 4.5.4 氧化海藻酸钠粘度
• 4.6 本章小结
• 第5章 可注射化学交联水凝胶的制备与生物学评价
• 5.1 引言
• 5.2 主要原料及仪器
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 实验步骤与方法
• 5.3.2 细胞实验
• 5.4 水凝胶的表征
• 5.4.1 水凝胶凝胶时间测定
• 5.4.2 交联水凝胶含水量的测定
• 5.4.3 水凝胶的溶胀
• 5.4.4 水凝胶保水性能
• 5.4.5 水凝胶的力学性能
• 5.4.6 傅立叶转换红外光谱
• 5.4.7 扫描电子显微镜分析
• 5.4.8 水凝胶的体外降解实验
• 5.5 结果分析与讨论
• 5.5.1 水凝胶凝胶形成机制
• 5.5.2 水凝胶体系的凝胶化时间
• 5.5.3 交联水凝胶含水量
• 5.5.4 交联水凝胶保水性能
• 5.5.5 交联水凝胶力学性能
• 5.5.7 交联水凝胶的降解
• 5.5.8 成骨细胞培养结果
• 5.5.9 骨髓间充质干细胞培养结果
• 5.7 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 学位期间发表的论文及科研成果