光激活双点击反应构建高强度水凝胶

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoubin_
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作为迅速发展起来的新型功能性材料,水凝胶以其高的保水性、好的生物相容性以及生物降解性在当今生物领域得到了广泛的应用。然而,传统的单网络交联结构的水凝胶机械强度较弱,限制了其应用。因而,寻求利用简单快速、洁净可控的方法制备出高强度高弹性的水凝胶成为近年来研究的热点和重点。新近发展的双网络水凝胶机械性能大幅提高,弥补了以上缺点,但是构建方法多步繁琐、生物相容性差并且不可控。针对以上现状,本论文摒弃了传统的自由基引发双键聚合两步法构建双网络水凝胶的方法,提出了光控双点击反应同步交联双网络技术,构建出了机械强度高、生物相容性好、时空精确可控的生物水凝胶材料。  本文以点击反应为基础,借助洁净无害的光来精确调控反应进程,旨在制备出高强度高弹性、生物相容性好的生物医用水凝胶材料,具体开展了以下的研究工作:  (1)设计并合成了一种含硝基苯光扳机的新型环状光响应同步释放醛基和巯基小分子CNB,通过紫外-可见吸收光谱仪测定了小分子的光解性质,用红外光谱测定了CNB分子光照后释放的醛基,Ellman方法定量测定了CNB分子光照活性巯基的释放效率。然后将环状小分子CNB标记在高分子羧甲基纤维素或透明质酸上,制得了高分子CMC-CNB或HA-CNB,在365nm光照和水溶液的条件下,CMC-CNB会同时释放出活性巯基和醛基,释放出的巯基与带有双键的PEG-4Mal发生巯基-迈克尔加成点击反应制得CMC-CNB/PEG-4Mal水凝胶(A胶),释放出的醛基与带有氨基的羧甲基壳聚糖发生希夫碱点击反应成胶得到CMC-CNB/CMCh水凝胶(B胶),将三水凝胶前体组分混合,在365nm光照下会同时发生正交点击反应得到两重网络相关的双网络水凝胶CMC-CNB/CMCh/PEG-4Mal水凝胶(C胶)。制备出了水凝胶产品之后,我们分别对A、B、C三种水凝胶体系进行了吸水性能、成胶速度、机械力学性能、组织粘附性能测试,经过比较分析,我们发现双网络水凝胶C胶在机械力学强度上对于其任一单网络凝胶有了高达10倍的提高,而且具有较好的弹性,所以利用光激活的正交点击反应可以制备出高强度、高弹性的双网络水凝胶体系。之后我们选取了C胶进行人成纤维细胞3D培养,证实了光调控双点击反应制备的高强度水凝胶具有较好的生物相容性,能作为细胞3D培养的有力支架材料。  (2)为了进一步证明双重网络的相关联性对以上双网络水凝胶的机械性能的影响,我们设计并合成了利用邻硝基苯光扳机保护活性巯基的光响应小分子kNB,并证实了其在365nm光照下能快速的释放出巯基。通过标记的方法,合成了高分子CMC-NB及CMC-kNB水凝胶前体组分,同样验证了这两种高分子的光响应特性,然后利用CMC-kNB在光照下释放出的活性巯基与聚乙二醇-马来酰亚胺发生巯基-迈克尔加成点击反应制得CMC-kNB/PEG-4Mal水凝胶(D胶),CMC-NB在光照下释放出的活性醛基与羧甲基壳聚糖发生醛基-伯胺希夫碱点击反应制得CMC-NB/CMCh(E胶),将这四组水凝胶前体混合溶解在PBS中,同样的利用光控成胶方法制得了两重网络不相关联的CMC-NB/CMCh+CMC-kNB/PEG-4Mal双网络水凝胶(F胶),并与两重网络相关联的C胶做了对比,验证了网络的相关联性对凝胶性能的影响。
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