合成水凝胶的流变学性能及相关生物资料的基础研究.pdf

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在众多的高分子材料中，高分子水凝胶以其独特的性能和广阔的应用前景成 为当今研究的热点领域之一。其中，温敏性物理水凝胶由于其特有的溶胶．凝胶 性质而被广泛应用于组织工程和药物控制释放等领域。本博士论文针对温敏性嵌 段聚合物水溶液凝胶体系流变学性能和凝胶化过程而展开。从基础研究的角度来 说，物理水凝胶内部复杂的相互作用涉及到软物质的自组装过程，溶胶．凝胶转 化过程的非等温性和簇结构的可破坏性对传统的高分子凝胶化理论提出了挑战。 水凝胶的力学性质也并不完全等同于传统的橡胶交联网络，其流变学性能与结构 之问相互关系一直是高分子物理研究中的热点问题。从实际应用的角度来说，物 理凝胶化的过程往往可逆，在溶胶状态下与细胞或是药物混合，在人体的生理环 境下形成凝胶从而达到细胞包裹和药物释放的目的。而材料的流变学参数如粘度 和模量是上述两方面用途中及其重要的参考参数。因此，研究物理水凝胶的流变 学性质和凝胶化过程是一个综合了高分子物理、流变学和生物医学等的交叉学科 本论文的研究对象是PEO．PPO．PEO类三嵌段聚合物和PEG／聚酯类嵌段聚合 物的水凝胶。作为很有应用前景的两类医用水凝胶材料，都存在不少重要的问题 需要回答，例如：组织工程和药物释放中常用的盐类缓冲体系或是细胞培养液是 否会改变嵌段聚合物水凝胶的凝胶化过程的物理本质?两类材料在溶胶状态和 凝胶状态时各自的流变学性质和物理凝胶化中的流变学参数如何变化，机理是什 么?亲水性PEG均聚物的加入是否会对溶胶．凝胶转变过程产生影响，如果可以， 那么在两类体系中是否有相同的效应?水凝胶的力学性能到底是如何影响细胞 的生理行为?本论文的工作将围绕上述问题展开水凝胶的合成、流变学性能表 征、物理凝胶化过程等的研究并初步考察了水凝胶粘弹性对细胞行为的影响。 我们以Pluronie F127为模型化合物，以PBS缓冲溶液和DMEM培养基为模 型溶液考察了组织工程和药物缓释体系中常用溶液体系对温敏性三嵌段聚合物 PEO．PPO．PEO凝胶体系物理化学性质和粘弹性性质的影响。通过对溶胶．凝胶转 F127水溶液在溶胶．凝胶转 变附近大量而细致的频率扫描工作，观测到Pluronic F127包裹二氧 F127流变学性能和溶胶．凝胶转变过程的影响。我们还在Pluronic 化硅粒子和细胞，研究它们对体系流变学行为的影响。以流变学研究方法和其它 手段相结合研究了PLGA．PEG．PLGA体系的粘弹性行为和物理凝胶化过程的机 PEG／聚酯类嵌段聚合物水溶液体系的影响，提出了两个机理来解释所观测到的 不同实验现象。最后我们合成表征了PAAM水凝胶并考察了影响水凝胶模量的 因素。通过两种方法在PAAM表面接枝胶原并成功制各了表面模量图案化分布 的水凝胶并初步考察了细胞的黏附和在软硬边界处的取向。 本博士论文的创新性贡献可以总结为以下几个部分： 1．发现了组织工程和药物释放中常用的缓冲液体系对PEO-PPO．PEO三嵌段聚 合物凝胶化和粘弹性能的规律性影响。发现与纯水中相比，热敏凝胶化温度 发生了改变；进一步发现，在以转变温度进行约化以后，溶胶状态和凝胶状 态体系参量各自遵循的普适规律，并测得了体系凝胶化过程的粘弹性标度指 使用PBS缓冲液体系就已经足够并且基本抓住了问题的实质，细胞培养液本 身并没有对Pluronie作为可注射性材料产生过多的复杂性。我们的研究对这 类材料在组织工程要药物缓释体系中的应用给出了流变学方面的建议。 F127)三嵌段聚合物水溶液凝胶化过程的不同影响，并提出了相应的模型。 并发现PEG均聚物在这两类体系中扮演了不同的“角色 。我们还提出了不 相容机理和有序干扰机理以及凝胶内部结构是造成这种不同影响的根本原 因，揭示了两类体系之间的统一性与差异性。我们的研究指出：PEG均聚物