论文部分内容阅读
生物粘合剂,因为具有优异的粘接性能,良好的生物相容性,可满足生物医学要求,以及产品多元化等特点,可以替代传统的缝合技术,目前已经受到生物医学领域的广泛关注。但是,使用光聚合技术来制备生物粘合剂仍然是一个新颖的研究领域,相关的研究以及报道较少。许多化学合成类粘合剂,由于体液或湿气的存在而很难牢固地与基体组织粘接,以及由于存在毒性而不能成为一种理想的生物粘合剂。因此制备一种具有耐水粘接和生物相容性的令人满意的生物粘合剂就成了当务之急。海洋生物贻贝因具有超强的耐水粘接性,多样的粘附性,以及不会诱发人体免疫反应等优点,使其成为了生物粘合剂研究领域的热点。但是传统的天然贻贝粘附蛋白直接提取法和DNA基因重组技术,因为工艺复杂且繁琐、价格昂贵、产率极低以及成本较高等问题,很大程度上限制了仿贻贝材料的发展。聚乙二醇具有较小的生物毒性及刺激性,很好的生物相容性,为亲水性聚合物,现在已大量应用于生物医学和医药领域。受贻贝的启发,本研究采用光聚合的技术,以多臂聚乙二醇为基质,以多巴胺为重点开展了相关的研究工作。主要工作如下：1、首先,通过酯化反应将可进行光聚合反应的丙烯酸酯官能团接入聚乙二醇分子,得到了可光聚合的聚乙二醇丙烯酸酯(PEG-TA)。并且对其结构进行了确定。聚乙二醇丙烯酸酯具有很好的光聚合性能。聚合体系有的C=C双键转化率最高可达90%以上。在溶胀动力学方面,得到的聚乙二醇丙烯酸酯凝胶属于Fickian (Case I)型,其溶胀曲线呈线性正比。37℃条件下,PEG-TA (1500)的凝胶在50min左右达到溶胀平衡,溶胀率为158.41%,而PEG-TA(20000)的凝胶在6h左右才达到溶胀平衡,其溶胀率高达1308.3%。该种材料具有很好的细胞贴附性和较低的细胞毒性。2、利用制备的PEG-TA与盐酸多巴胺(Dopamine·HCl)进行迈克尔加成反应,将带有耐水粘接性能的多巴胺引入了PEG的端基,制备了多巴胺-聚乙二醇丙烯酸酯衍生物(PEG-Dopas).并通过红外、核磁等对其结构进行了确定。表征显示出制备的产物既含有邻苯二酚基团,又带有丙烯酸酯端基。PEG-Dopas在紫外光谱中λ=280nm附近出现了邻苯二酚基团的特征吸收峰。调整实验条件可以得到带有不同比例的邻苯二酚端基和丙烯酸酯端基的PEG-Dopas。并利用盐酸多巴胺的标准溶液,通过线性拟合的方法对产物中多巴胺的含量进行了计算。PEG-Dopas凝胶的溶胀动力学仍然属于Fickian (Case I)型。PEG-Dopas (1500)和PEG-Dopas (20000)的溶胀行为差别较大,PEG-Dopas(1500)凝胶在PBS溶液(pH7.4)中的平衡溶胀率约为167.23%,而PEG-Dopas(20000)的平衡溶胀率分别高达1716.3%。在粘接强度方面,随着时间从Oh增加到72h,PEG-Dopas(1500)的粘接强度也从0.89MPa增加到了2.38MPa,而PEG-Dopas(20000)的粘接强度从0.34MPa增加到了1.92MPa。同时,PEG-Dopas具有较好的耐水粘接性能。置于潮湿环境60min后,粘接强度仅仅下降了0.01MPa,而作为参比的PEG-TA却已经无法测得粘接强度。对鼠皮的粘接强度平均值为0.05MPa。体外细胞毒性显示PEG-Dopas光固化材料对L-929细胞的毒性较低,细胞贴附性好,细胞在其材料表面已经开始分化,呈现纺锤形结构。通过Wister大鼠皮下植入实验,以及病理学组织切片观察,Wister大鼠植入材料后,生存状态正常,无毒性反应,植入部位未发生免疫排异反应,仅短期有轻微的非特异性异物吞噬反应。该植入材料具有较好的组织相容性。3、为了进一步对多臂聚乙二醇体系进行研究。以四臂聚乙二醇(qPEG)为基础又合成了多巴胺-四臂聚乙二醇衍生物(qPEG-Dopas(3000))。并对四臂的qPEG-Dopas和三臂的多巴胺-聚乙二醇衍生物(tPEG-Dopas(3000))性能进行了对比。光聚合动力学方面,四臂聚乙二醇丙烯酸酯(PEG-QA (3000))的双键转化速率要稍微低于三臂聚乙二醇丙烯酸酯(PEG-TA(3000)),但是二者的最终双键转化率基本一致,均能达到90%左右。而qPEG-Dopas的双键转化速率以及最终转化率,因为体系中酚羟基含量多的缘故,都要低于tPEG-TA (3000)。PEG-QA, qPEG-Dopas的溶胀平衡率都分别低于PEG-TA和tPEG-Dopas的溶胀平衡率。从Oh到72h,qPEG-Dopas的粘接强度从0.86MPa增加到了2.31MPa,而tPEG-Dopas的则从0.59MPa增加到了2.15MPa。当光照时间为15min的猪皮粘接实验中,厚度为1.80mm的实验组得到的粘接结果均为0.02MPa,而1.20mm的实验组qPEG-Dopas(3000)的结果为0.05MPa,而tPEG-Dopas (3000)的则为0.04MPa。由于qPEG-Dopas凝胶的光固化双键转化率低,因此形成的材料有许多的空洞,而PEG-QA的材料质地较为紧密。细胞贴附实验说明qPEG-Dopas光固化材料同样对L-929细胞具有较低的毒性,L-929细胞贴附性好。植入Wister大鼠皮下组织的凝胶试样,周围组织的毛孔、毛囊、肌肉组织等生长正常,偶见局部具有微量巨噬细胞存在,且会逐渐减少和消失,属于正常的非特异性异物反应。4、我们接着直接对多巴胺进行改性,制备了多巴胺丙烯酰胺(DAm)和多巴胺基异丙醇甲基丙烯酸醚(Dopa-GMA),赋予多巴胺分子可光聚合的特点。期望可以改变聚乙二醇只能在端基接枝多巴胺的现状,以此来提高体系中儿茶酚的含量。DAm和Dopa-GMA体系都因为存在邻苯二酚的原因,而对光聚合起到了缓聚和阻聚的效果。特别是Dopa-GMA体系比较明显,尤其在开始阶段,缓聚效果明显,这与我们希望生物粘合剂能尽快完成光照时间,避免对机体组织造成更大伤害而不相符合。因此我们选用DAm作后面进一步的研究。5、利用前面合成的PEG-TA (1500)和DAm,与具有温敏性的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)复配,得到不同比例的三元体系。DAm-NIPAAm二元体系在实时动力学方面有着明显的自由基缓聚和阻聚现象出现,随着DAm含量的增加,双键转化速率和最终转化率都有不同程度的降低。而加入PEG-TA(1500)后,三元体系的光聚合速度和最终转化率都有着显著的提高。不同复配比例的三元体系有着不同的平衡溶胀率和溶胀动力学。在体系中增加DAm的含量,平衡溶胀率会随之下降。当体系的环境温度为25℃(低于PNIPAm的LCST)时,体系的平衡溶胀率较37℃(高于PNIPAm的LCST)时大。粘接强度方面,三元体系的粘接强度随着放置时间的增加而逐渐的提高。但是在耐水粘接实验中,随着时间的增加,体系的粘接强度都在不同程度的减少。通过热机械性能测试可以发现,体系的交联密度(ρx)随体系中DAm比例的增加而增加,tanδ最大峰位置也随DAm比例的增加而移向高温。ρx范围为0.25到0.48(×10-3mol/cm3)。 NIPAAm-PEG-DAm体系的光固化材料对L-929细胞的毒性较低,细胞贴附性好,细胞的成活率高。该种材料具有较好的生物相容性。