螯合二价金属离子的咪唑基明胶水凝胶的制备及其性能研究

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1、工程硕士学位论文螯合二价金属离子的咪唑基明胶水凝胶的制备及其性能研究作者姓名何佳鹏工程领域生物医学工程校内指导教师宁成云教授校外指导教师聂铭高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年1月ACytocompatibleHydrogelthroughMetalCoordinateandCovalentCrosslinkingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterofEngineeringCandidate：HeJiapengSupervisor：Prof.NingChengyunSenior

2、EngineerNieMingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要水凝胶是以水为分散介质的凝胶，它在组织工程领域、药物缓释领域、生物探针与生物传感器领域有着广泛的应用。这些都归因于水凝胶自身良好的生物相容性。然而，作为一种良好的生物材料，明胶基水凝胶的力学强度不够高，制约了它在医用材料领域的发展。因此，在保留其良好的生物性能的同时，提高它的力学性能，这对于深度开发水凝胶材料具有重要意义。此外，在生物医用水凝胶领域，将水凝胶赋予功能化，将极大提高水凝胶的应用范围，水凝胶在体外敷料与体内移植

3、的应用中都面临被细菌侵染，进而引发感染病变的潜在风险，所以研究一种具有抗菌能力的生物水凝胶能极大的满足现实所需。此外金属有机配位结构对癌细胞中处理转录错误的缺陷蛋白的信号通道有着抑制作用，这能使通过金属有机配位结构改性的水凝胶获得抗肿瘤的功能。在提高水凝胶的力学性能的研究中，双网络互穿水凝胶一直是一个热门的研究方向，而在双网络互穿水凝胶这一领域中，金属离子与有机配体通过金属配位作用形成的双网络水凝胶，具有非常好的应用前景。组氨酸中的咪唑活性位点与二价金属离子结合在水凝胶中构建第二网络，形成的金属配位作用双网络水凝胶也将获得抗菌、抗肿瘤的功能。本研究

4、通过在水凝胶的一级共价网络中引入咪唑活性位点，通过二价金属离子与咪唑活性位点的结合构建二级物理网络，制备出了具有物理/化学双重交联的双网络高强度抗菌水凝胶，并对其微观形貌、力学性能、抗菌性能、细胞毒性、细胞增值、细胞铺展、血液相容性、肿瘤细胞抑制作用进行了研究。研究结果表明，引入具有抗菌能力的二价离子，通过与明胶基水凝胶上的咪唑活性位点结合构成的双网络水凝胶具有力学性能可控，抗菌性能高效，抗菌范围广，同时生物相容性良好，有望在组织工程支架，伤口敷料领域提供帮助。引入具有抑制肿瘤细胞信号通路的二价离子与咪唑基团的结合，将形成有效抑制肿瘤细胞生长的生物

5、水凝胶。关键词：水凝胶；双网络结构；生物相容性；高效抗菌；抑制肿瘤IAbstractInthefieldofmicroscaletissueengineeringandbiomedicalimplantmaterial,hydrogelwerebiocompatiblematerialsforextensiveusing.Thestructureofhydrogel,athreedimensionalnetworkandhigherwatercontent,issimilartohumans’extracellularmatrix(ECM)envi

6、ronment.Makingcontrolofhydrogelproperties,suchasmechanicalstiffness,antibacterialpropertyandhemolysisproperty,willenlargetheapplicationrangeofhydrogel.Doublenetworkhydrogelintegratedtwoindependentcrosslinkingnetworktogether,atypeofhardbrittlenetworkstructureandanothertypeofthe

7、softtenacitynetworkstructure.Byadjustingtheratioofthosetwocanachievetheaimofbalancinghardnessandtoughness.Whenintroducingfunctiongroupstostructurethedualnetworktoimprovehydrogels’mechanicalproperties,itwillmakethematerialsmorefunctional.Histidine,anaminoacidthatisofteninvolved

8、inmetalioncoordinationinproteins,ishypothesizedtobindmetalion