摘 要

水凝胶作为一种高含水的半固体凝胶，其作为生物医药材料在生物医用领域已经有越来越多的研究与应用。由于传统水凝胶物理交联固化具有不稳定性，化学交联固化过程中可能会产生毒性，而紫外光固化可以避免这些缺陷。同时由于先前的制备水凝胶方式植入的方式不够简便、作为药物载体过程较为复杂、形状一旦固定不能改变等缺点，而可注射型的水凝胶可以完全避免这些问题的存在。植入生物组织内部的水凝胶由于摩擦或者是碰撞，可能会导致水凝胶受损，这些缺陷局限了水凝胶在医用领域的应用，因此将紫外光固化、可注射性、自修复性能集水凝胶于一体，研究紫外光固化构筑可注射自修复水凝胶，将会提高水凝胶的使用价值。本论文拟通过复合生物高分子聚赖氨酸和化学单体NMA、NVP, 制备同时具备可注射、力学性能优良、自修复特性的水凝胶，并对其成胶时间、溶胀性能、拉伸性能、流变力学性能等进行表征。

关键词：紫外光　 可注射 　自修复 　水凝胶

UV Light Initiation for Constructing Self-Healing Hydrogels

Abstract

As a kind of semi-solid gel with high water content, hydrogel has been used as biomedical material in the field of biomedical research and application. Due to the instability of physical cross-link curing of traditional hydrogels, toxicity may occur during chemical cross-link curing, and UV curing can avoid these defects. At the same time, the injectable hydrogel can completely avoid these problems due to the shortcomings of the previous method of preparing the hydrogel, such as the inconvenient manner, the complicated process as the drug carrier, and the inability to change the shape once fixed. The hydrogel implanted inside the biological tissue may cause damage to the hydrogel due to friction or collision. These defects limit the application of the hydrogel in the medical field, and therefore the UV-curable, injectable, self-healing properties Incorporating hydrogels into one and studying the UV-curable construction of an injectable self-healing hydrogel will increase the use value of hydrogels. In this dissertation, hydrogels with injectable, excellent mechanical properties and self-repairing properties were prepared by combining biopolymer polylysine and chemical monomers NMA and NVP, and their gelation time, swelling properties, and stretching were also studied. Performance, rheological mechanical properties, etc. were characterized.

Keywords：UV Light；Injectable；Self Repair；Hydrogels；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2水凝胶的性质、分类及应用 2

1.2.1水凝胶的性质 2

1.2.2水凝胶的分类 3

1.2.3水凝胶的应用 3

1.3ε-PL-MA-NMA-NVP水凝胶 5

1.3.1ε-聚赖氨酸水凝胶 5

1.3.2ε-聚赖氨酸水凝胶的改性 6

1.3.3 NVP、NMA的作用 6

1.5实验研究背景 7

1.6实验创新点 7

第二章 实验部分 8

2.1实验仪器及其试剂 8

2.2 实验步骤 9

2.2.1二甲基丙烯酸酐改性ε-聚赖氨酸 9

2.2.2反应方程式 9

2.2.3 改性ε-聚赖氨酸水凝胶的制备 9

2.2.4 ε-PL-MA-NMA-NVP水凝胶的制备方式 10

2.3 ε-PL-MA-NMA-NVP水凝胶合成技术路线 10

2.3.1 ε-PL-MA-NMA-NVP的合成以及水凝胶的制备方法 10

2.2.3 PDA的制备 10

2.2.4 ε-PL-MA-NMA-NVP的表征 11

2.3水凝胶性能的测试和表征 11

2.3.11H-NMR分析 11

2.3.2水凝胶光固成胶时间测试 11

2.3.3水凝胶溶胀性能的测试 12

2.3.4 水凝胶流变力学性能测试 12

2.3.5 水凝胶的拉伸性能测试 12

2.3.6 水凝胶的内部结构 12

2.3.7 细胞相容性实验 12

第三章 结果与分析 13

3.1 ε-PL-MA-NMA-NVP的核磁共振氢谱的分析 13

3.2 ε-PL-MA-NMA-NVP的成胶时间 13

3.3ε-PL-MA-NMA-NVP水凝胶的溶胀性能测试 14

3.4 ε-PL-MA-NMA-NVP水凝胶的拉伸性能测 15

3.5 ε-PL-MA水凝胶的流变性能测试 16

3.6 ε-PL-MA水凝胶的微观结构 18

第四章 总结 19

参考文献 20

致谢 22

绪论

1.1前言

近年来，由于伤口感染而导致皮肤创面修复速度过慢，甚至是表皮细胞死亡问题已经成为该领域越来越需要攻克的科学难题。并且相关皮肤的透气性差，自修复性能较差，以及在修复的过程中受到感染导致皮肤大面积的死亡。现有的修复材料中，水凝胶是最接近人体组织的，修复性能比较良好的一种材料。水凝胶是一种聚合的网状交联结构，它可以将水吸收并在其本身保存大量的水。在这种聚合物网络中有亲水的基团或区域，它们可以在中性条件下水合，从而可以产生凝胶结构^[1]“网络”指的是在交联之后避免了亲水的高分子链或片段溶解进入水中。也可以用流体学的形式来描述水凝胶，在低浓度的具有亲水性的高分子水溶液中，假设没有交联的链段，一般来说溶液就会表现出牛顿力学行为。组织工程支架按照塑形特点可以分为预塑形多孔支架材料和可注射材料^[2]。相比起来原始的需要提前塑形的支架材料，水凝胶在某种特定的情况下，水凝胶不仅具有在受到外界环境的影响下保持流动的状态，而且能够保持本身固有的强度和状态的特性。水凝胶之所以被选用为常用的生物医用材料，是因为可以将其用注射器注入皮肤内部，以此来补充到受伤部位，从而促进创伤的修复^[3，4]并且水凝胶作为一种吸水性较强的材料组织工程用的水凝胶含有很大的孔结构，给细胞的生存和增殖提供了良好的空间。紫外光作为一种凝胶交联方法已经被广泛应用。最流行的方法之一紫外光光引发的光聚合是由于其快速和温和的凝胶条件而制备的含细胞水凝胶。利用紫外光引发成胶，不需要对前体聚合物提前的加工、反应的速率可以控制、工业化生产的成本较低等特点。可注射型水凝胶组织工程支架用于表皮创面修复已经成为组织再生医药学研究的热点。另外，因为水凝胶可以通过注射到组织中并完成植入，不仅降低了手术的操作难度，也减少了不必要的手术创伤。该类型特别适用于临床微创伤的修复。注射型的水凝胶支架现在几乎都用在于骨组织、软骨组织的再生与修复^[5]。尽管光引发可注射水凝胶在很多方面有很多优异的性能，但是当它们遭受到微观或者是宏观尺度的裂缝破坏后，它们有意的性能就会遭受到恶化甚至是消失。随着这些裂缝的进一步延伸，水凝胶网状结构的完整性和机械性能都会受到影响，缩短了其使用寿命。为了解决这些问题，新型的智能自修复水凝胶被研制出来，它们在遭受到破坏后，会恢复原来的功能和结构^[6，7]。下图1-1中展示出了当前水凝胶作为生物医药领域在日常生活方面的应用^[8]。自修复性能是自然界中生物体的一个重要的特性，例如皮肤创面伤口的愈合，动物骨骼的修复，草木的再生性等，模仿这样的性能即备受关注的自修复材料，自修复材料足有自我修复的特点，能够加强修复的性能延长寿命^[9]，因此在这样的条件下，我们研究了紫外光引发构筑可注射自修复水凝胶来解决皮肤组织结构本身的特异性和在创面修复的过程中存在的各种问题。

相关图片展示：