摘 要

本文合成并研究了一种具有良好生物相容性的凝胶因子十二烷基-Boc-L-酪氨酸（BDT），该凝胶因子能溶于DMEM（高糖）培养基体系中，并发生自组装形成超分子凝胶体系。本文研究了凝胶因子BDT在不同环境下的成胶情况及性能，并确定了可用于细胞冷冻保存体系的凝胶因子浓度及冷冻保护剂配比。

本论文采用倒置法判断凝胶是否形成，同时该方法也可用于测定凝胶因子的最小凝胶化浓度，凝胶因子BDT的最小凝胶化浓度为2g/L，对DMEM（高糖）培养基凝胶能力较强。改变凝胶因子浓度，用落球法测试不同浓度下超分子凝胶体系的相转变温度，结果表明，凝胶因子浓度越高，其对应的凝胶体系性能越好，需要更高的温度才能使三维网状结构解体；在凝胶因子浓度相同条件下，向培养基体系中加入一定浓度的渗透性保护剂乙二醇，可以使体系凝胶效果更好，相变温度也相应升高。

用光学显微镜观察超分子凝胶在不同温度下的微观结构，发现凝胶因子自组装成细小的纤维状网络结构，呈树枝状自由取向生长。并用差示扫描量热法（DSC）测试在低温环境下，超分子凝胶体系的热学变化。同时通过对凝胶体系进行流变性能测试，进一步确定凝胶体系的特征，评估凝胶体系在实际应用中的潜能。

关键词：超分子凝胶；凝胶因子；凝胶性能

Abstract

A biocompatible gelator (dodecyl-Boc-L-tyrosine, BDT) was synthesized and studied. This gelator can be dissolved in DMEM medium system and self-assemble to supramolecular gel system. The BDT’s gelling conditions and performance is different in different environments, so we studied the gel condition and property of BDT in different environments. At last, the gel concentration and ratio of cryoprotectant used for cell cryopreservation was determined.

Inverted method was used to determine whether the gel was formed, this method can also be used to minimize the concentration of gelation determination of the gelator. The minimum gelation concentration of BDT is 2g/L, which means a high gel ability for DMEM medium. We used falling ball method to test the phase transition temperature(T_gel) of supramolecular gel system with different gelator concentration. The results showed, the higher concentration of the gelator which corresponds to the gel system better performance. As a result, the supramolecular gel system require higher temperature in order to make the three-dimensional network structure disintegration. When glycol was added to the culture medium under the same gelator concentration,, the T_gel of supramolecular gel system was increasing.

Microstructure of supramolecular gel was observed by optical microscopy and the property of supramolecular gel at low temperature was tested by DSC. At the same time, to evluate the potential of gel system in practical appication, characteristics of gel system should be determined by rheological properties of the gel system.

Key words: Supramolecular gel; gelator; performance of gel system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 细胞冷冻保存技术 1

1.2 冷冻保护剂 1

1.2.1 渗透性冷冻保护剂 1

1.2.2 非渗透性冷冻保护剂 1

1.3 超分子凝胶 3

1.3.1 凝胶因子 3

1.3.2 超分子凝胶 3

1.4 超分子凝胶的应用 4

1.4.1 在刺激响应性方面的应用 4

1.4.2 在光电方面的应用 4

1.4.3 在无机材料合成模板方面的应用 4

1.4.4 在生物医学方面的应用 5

1.5 本论文的目的及内容 5

第2章 实验部分 7

2.1 引言 7

2.2 主要仪器及试剂说明 7

2.2.1 主要仪器 8

2.2.2 试剂说明 8

2.3 凝胶因子的合成 8

2.4 凝胶因子的凝胶行为研究 9

2.4.1 凝胶化能力的测试 9

2.4.2 最小凝胶化浓度 10

2.4.3 凝胶时间 10

2.4.4 相转变温度 11

2.4.5 凝胶微观形貌的表征 11

2.4.6 流变性能 12

2.4.7 超分子凝胶的低温性能 12

第3章 实验结果及分析 13

3.1 凝胶因子的凝胶化能力研究 13

3.2 最小凝胶化浓度的测定 13

3.3 凝胶时间的测定 13

3.4 凝胶的微观形貌分析 15

3.5 凝胶的热学行为分析 15

3.5.1 凝胶相转变温度测定 15

3.5.2 凝胶的流变性能研究 16

3.5.3 超分子凝胶的低温性能 17

第4章 全文结论 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1细胞冷冻保存技术

研究发现，在对细胞进行体外培养时，随着培养时间和细胞的不断分裂，细胞的数量成倍增长，从而使细胞因相互接触而导致细胞生长速度缓慢甚至停止，即接触性抑制；与此同时，也会因为营养物供给不足和代谢产物的积累造成细胞中毒现象，使细胞各种生物特征逐渐发生变化，失去研究价值。从经济的角度讲，长期传代培养也会造成资源以及人力的浪费。故一般传代2~10次内就将细胞进行冻存，作为原种，需要时即取出部分进行传代培养，如此一来，既可以保证细胞的长期使用又可以延缓细胞衰老。

低温冷冻保存技术的研究内容涉及广泛，包括生物学、医学、动植物学、农学等许多方面。将一定量的细胞或组织置于低温下并对其进行长期保存的过程即为冷冻保存。其保存原理为在低温下，对细胞生长代谢起调控作用的酶的作用受到了抑制，导致细胞代谢和生长十分缓慢，甚至停止，因此冻存不改变细胞的各项生命特征，从而保持细胞的遗传特性^[1]。

1776年，Spallanzani将马精子用雪冷藏十几分钟之后，发现被雪冷冻之后的马精子并没有因为低温被冻死，而是在温度升高之后重新具备活性，即使将冷冻时间延长至几十分钟，结果还是不变。由此，他得出了低温并不会杀死精子的结论。但真正意义上的冷冻保存则开始于1940年，Shettles等人将人精子置于-79℃~-196℃的低温环境下冷冻保存，一段时间后，观察到仍有约10%的精子存活下来，这篇报道证实，人精子与动物精子同样具有抵御低温的能力。1949年，Polge课题组意外发现甘油的加入可以有效保护冻存过程中的精子，提高精子复温后的存活率。之后的很长一段时间内，研究者们都纷纷将甘油作为冻存保护剂使用，这段时间也被成为“甘油时期”。直到1959年，Lovelock发现二甲基亚砜同样也对冻存细胞具有冷冻保护作用^[2]。

随着研究的深入，低温冻存技术取得重大突破，二十世纪末，细胞冷冻保存技术已大量应用于临床医学中，如今，细胞移植、干细胞治疗、组织工程已成为临床中治疗重症病人的重要技术手段。并且成功实现了精子^[3]、人类胚胎干细胞^[4]、胰腺细胞^[5]、红细胞^[6]、卵巢^[7]等细胞或组织的冷冻保存，为人类生物医学领域带来巨大大贡献。