基于动态共价化学键制备小分子水凝胶

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1、2018届研究生学位论文分类号：学校代码：10269密级：学号：51151300139華東師範大學EastChinaNormalUniversity硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目:基于动态共价化学键制备小分子水凝胶院系：生命科学学院专业：生物化学与分子生物学研究方向：生物材料指导教师：程义云教授学位申请人：贺旭2018年11月I华东师范大学硕士学位论文Master’sDissertation2018StudentID:51151300139Universitycode:10269EastChinaN

2、ormalUniversityTitle:ConstructionoflowmolecularweighthydrogelsusingdynamiccovalentlinkageDepartment:SchoolofLifeSciencesMajor:BiochemistryandMolecularBiologyResearchdirection:BiomaterialsSupervisor:ProfessorYiyunChengCandidate:XuHeNovember,2018III华东师范大学硕士学位论文V华东师范大学硕

3、士学位论文贺旭硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称单位备注李磊副研究员华东师范大学主席张强研究员华东师范大学王辉副教授华南理工大学VII华东师范大学硕士学位论文摘要低分子量水凝胶是一类以小分子作为凝胶因子，通过疏水、氢键或π-π堆叠等相互作用自组装形成的水凝胶。和传统的聚合物水凝胶相比，低分子量水凝胶具有易于构建、良好的生物响应性、可预测的降解性和低的免疫原性等特点。但是这类通过物理相互作用形成的低分子量水凝胶普遍存在力学强度低、稳定性差等缺点。通过引入可逆共价交联到凝胶网络中，有望改善这种情况。针对这一状况，本文开发了一系列

4、以小分子化合物为凝胶因子，通过可逆共价化学键交联形成的全小分子动态共价水凝胶。与物理交联的超分子水凝胶相比，这些新型水凝胶具有更好的机械强度和稳定性。此外，这类新型水凝胶还具有多重响应性和抗菌功能，在抗菌治疗领域具有潜在的应用前景。论文共分为四章。第一章首先对水凝胶的定义、发展、分类和应用进行了系统的介绍。在水凝胶的分类里着重介绍高分子水凝胶和小分子水凝胶。接下来主要介绍了水凝胶在药物递送、抗菌医用材料、组织工程、生物传感器等领域的应用。最后介绍了本论文的研究思路与研究内容。第二章中采用了氨基糖苷分子和甲醛为凝胶因子制备全小分子

5、动态共价水凝胶，并对其成胶机理、响应性等方面进行了详尽的研究。该水凝胶是基于氨基糖苷分子中的氨基与甲醛溶液发生半胺醛反应，形成交联网络。进一步的，在氢键的作用下，分子间的交联得到增强，从而形成水凝胶。氢键具有热不稳定性，从而赋予了水凝胶温度响应性。半胺醛结构具有酸不稳定性，使得水凝胶具有酸响应性。碱金属离子通过与水凝胶结构中含有的羟基或醚键中的氧原子形成配位键而增强水凝胶的模量，卤素离子通过与碱金属离子结合影响碱金属离子的电离能力，进而影响碱金属离子与水凝胶的配位作用，调控水凝胶的性能。我们研究发现，在水凝胶制备过程中引入20m

6、M碘化锂，可以将水凝胶的硬度提高65倍以上。第三章中采用邻醛基苯硼酸交联鸟嘌呤核苷四聚体（Guanine-quartet，G4）与氨基糖苷，制备G4载药水凝胶，以解决经典的G4超分子水凝胶存在的稳定性差、无法装载生物活性分子等问题。邻醛基苯硼酸中的苯硼酸基团可以与G4IX华东师范大学硕士学位论文组装体外端的邻二羟基反应形成pH敏感的硼酸酯键。另一方面其结构中的醛基可以与氨基糖苷中的氨基反应，生成酸降解的席夫碱。相比于单纯的G4水凝胶，制备的小分子交联水凝胶的韧性更强、更稳定。同时，该水凝胶表现出温度、酸性、葡萄糖、氧化性等多重刺

7、激响应性能。体外、体内试验研究结果表明，制备的G4-氨基糖苷水凝胶具有良好的生物相容性，并且展现出优异的抑菌效果。第四章对全文进行了总结，并展望了全小分子动态共价水凝胶在生物医学领域的应用前景。随着新响应机制的阐明，新相互作用的引入以及新材料的不断开发，全小分子水凝胶的性质得以更加精细的调控。相信会有越来越多的具有良好机械性能、生物相容性，以及响应性的全小分子水凝胶会被开发出来，以满足生物医学领域临床治疗中的不同需求。关键词：动态共价键，小分子，超分子，刺激响应性，抗菌水凝胶X华东师范大学硕士学位论文AbstractSmallm

8、oleculegelatorsmediatedlowmolecularweighthydrogels,areusuallyformedbyphysicalinteractions,suchashydrophobicinteraction,hydrogenbond