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透明质酸基复合凝胶材料的制备及其性能研究

杨桂娟  
【摘要】:目前,骨缺损的治疗,尤其是软骨缺损的治疗,是非常困难的。常用的治疗方法有自体骨移植和异体骨移植,但由于来源、价格、免疫等方面的问题,骨移植的方法不能完全满足临床治疗的要求。将生物材料与组织工程技术相结合已成为医学研究的新方向。水凝胶是由亲水性聚合物通过化学交联或通过分子内和分子间的物理引力结合在一起组成的三维网络。它被用作细胞外基质模拟物。在组织工程骨软骨材料的研究中,具有生物相容性、降解后可吸收性、可塑性和易制备性的水凝胶成为研究的热点。虽然各种生物材料都可以形成水凝胶,但透明质酸及其衍生物的应用最为广泛。透明质酸(Hyaluronic acid,HA)是由氨基己糖和己糖醛酸构成的一种糖胺聚糖,是细胞基质的重要组成部分。透明质酸因具备良好的粘弹性、可降解性和生物相容性被生物医学领域广泛应用。透明质酸水凝胶具有促进细胞粘附和增殖等优点。它们也显示出足够的理化性能足以支撑细胞生存的环境,在骨组织工程领域的应用中有着很好的发展前景。本文采用透明质酸/甲基纤维素作为基底材料制备复合水凝胶,并对其理化和生物学表征进行研究。(1)本文首先采用具有独特流变性能的脱乙酰透明质酸和聚乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸酯,通过共价反应交联生成带有酰胺键的透明质酸衍生物(HA-PEG),然后将具有温敏性的甲基纤维素作为基底材料,向凝胶体系中添加矿化胶原,优化实验方案制备得到具有温敏性的透明质酸基复合水凝胶。基于酰胺键形成的透明质酸-矿化胶原水凝胶,在生理环境下能够实现溶胶-凝胶的快速转变。通过流变学表征,水凝胶保留了透明质酸独特的“剪切变稀”的流变性能。扫描电镜显示水凝胶具有多孔互联且稳定的三维网状结构,利于细胞的生长、黏附。BCA蛋白浓度表征和碱性磷酸酶染色结果显示,细胞生长良好,证明了水凝胶具有较好的细胞相容性,可用于骨组织工程领域。(2)本文通过向透明质酸基水凝胶中掺杂力学性能良好的纳米材料氧化石墨烯来制备一种新型的透明质酸/氧化石墨烯复合水凝胶。对其流变性能、扫描电镜观察、溶胀性能以及细胞毒性进行研究,结果显示透明质酸/氧化石墨烯复合水凝胶具有良好的粘弹性、无细胞毒性等特点。(3)石墨烯是一种具有二维平面碳原子结构的碳基材料,能够促进细胞附着、增殖而且还可以诱导和促进成骨细胞分化。通过将石墨烯和透明酸水凝胶结合起来,形成新型复合水凝胶。对其理化性能和细胞毒性进行测试,结果表明该复合水凝胶具有优异的性能,在组织工程中有着广阔的发展前景。


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