检索历史 清除

摘要具有刺激响应性的水凝胶广泛应用于生物医用、能源和农业等多个领域，常见的天然基刺激性响应水凝胶的基材有DNA、蛋白质、多肽和多糖。壳聚糖作为天然碱性多糖，在生物制药和食品包装行业用途广泛，但较差的溶解性限制了其使用范围。壳聚糖季铵盐作为壳聚糖的水溶性衍生物，具有良好的抗菌性和组织相容性，但壳聚糖季铵盐仍缺乏足够的刺激响应性，无法在外界刺激的影响下发挥左右。光是最常见的刺激源之一，光热材料是一类能够在特定波长光的照射下将光能转换为热量的光敏材料，单宁酸-铁络合物来源天然，合成简便，具有良好的光热作用，可以在近红外光的照射下快速升温。温度刺激的控制难度更低，聚（N-异丙基丙烯酰胺）(PNIPAM)水凝胶作为温敏性智能材料研究中的热门选择，具有接近体温的相转变温度，在药物释放、组织工程和生物传感方向都有着深入研究，但其缺乏足够的生物活性，因此同样需要功能化改性。<br>　　本文进行合理搭配和设计，首先基于壳聚糖季铵盐、单宁酸和铁离子，开发了一种高效的光热抗菌水凝胶。在此之后，开发了一种负载生物活性因子的PNIPAM/壳聚糖季铵盐基水凝胶，该水凝胶同时具备骨缺损修复过程中所需的抗炎、促修复和重塑功能。具体研究内容如下：<br>　　(1)首先以壳聚糖季铵盐为基材，通过其与单宁酸-铁络合物的物理作用，制备了新型光热抗菌水凝胶，利用红外光谱、紫外光谱和核磁共振氢谱对其进行了结构表征，SEM、溶胀性和水蒸发率结果显示水凝胶的交联程度随着Fe3+浓度的上升而增大，并且由于Fe3+的引入，导致水凝胶的粘附性发生变化，同时光热转化测试显示水凝胶具有良好的光热性能，最大光热转化效率超过37%。壳聚糖季铵盐的固有抗菌性和光热协同作用展现出理想的抗菌能力，对细菌细胞表面产生了明显的破坏，同时水凝胶的细胞毒性较低，因此具备成为新型医用抗菌材料的潜力。<br>　　(2)将PNIPAM与壳聚糖季铵盐、单宁酸-铁络合物进行复合，制备了同时具有温敏性和光敏性的双刺激响应性的抗菌水凝胶，并在复合水凝胶中添加了促成骨生长因子BMP-2，开发了应用于骨缺损治疗，同时具备抗炎和促骨分化修复能力的的新型温敏光热水凝胶。这种PNIPAM基水凝胶能够在温度升高后展现出明显的体积收缩和形态变化。温度变化后PNIPAM基水凝胶的SEM和溶胀率显示，水凝胶三维网络收缩明显，有利于负载生长因子的释放。同时，通过猪皮粘附测试和流变学测试，可以得知水凝胶具备优良的粘附性和自愈合能力，并且光热性能稳定，具有抗菌和抗氧化的能力。成骨细胞分化结果显示，水凝胶能够有效刺激成骨细胞的增殖分化，并且利用光热作用提供的“温泉效应”，细胞的ALP染色加深，成骨相关生长因子：如COL1,RUNX2的表达明显上调，成骨分化促进作用明显，在体外实验中展现了该水凝胶作为智能材料在骨修复领域的应用前景。