摘 要

随着生物学和医学的不断发展，人们对活体细胞的需求越来越大，细胞的低温冻存也越来越受到人们的重视，但目前低温冻存技术仍有一定的局限性，如冷冻保护剂造成的溶质损伤和冰晶损伤、难以去除的凝胶囊膜阻碍细胞复苏后的生长和增殖等，因此，本文研究了一种可用于细胞低温冻存的热可逆超分子凝胶体系。

本论文合成了水性凝胶因子十二烷基-Boc-L-酪氨酸（BDT），研究了BDT在不同溶液中的溶解性能，并探讨了不同溶剂条件下的最小凝胶化浓度，且进一步研究了BDT凝胶因子形成超分子凝胶BDTC的自组装能力。研究结果表明，BDT浓度越大，自组装能力越强，形成凝胶的速度越快，所形成凝胶的相转变温度也越高。

利用光学显微镜来观察超分子凝胶BDTC的微观形貌发现：BDT在DMEM（高糖）培养基中能够形成凝胶的原因是凝胶因子在溶液中自组装形成纤维，且随着时间的推移，形成的纤维互相缠结，进而形成具有三维网络结构的凝胶体系。当培养基溶液中添加了凝胶因子BDT后，体系的冰点也随之降低，有利于降低细胞的冻存损伤。

关键词：凝胶因子；超分子凝胶；自组装

Abstract

With the development of biology and clinical medicine, the cryopreservation of living cells have attracted more attention, however, the current cryopreservation technologies still exist limitations, such as cryo-damage caused by solute damage and ice damage, and removal of capsule membrane which can restrict the growth and proliferation. In this paper, we studied a thermal-reversible supramolecular gel system used for cell cryopreservation.

In this paper, we synthesized the gelator dodecyl-Boc-L-tyrosine (BDT). We studied the BDT’s solubility and minimum gelation concentration in different solvents, and we also discussed self-assembly of BDT. The results showed that when the BDT concentration increased, the ability of its self-assembly was faster, and the transition temperature of hydrogels was higher.

The morphology of supramolecular hydrogels was observed with optical microscope and the results demonstrated that BDT could assembled into fiber-like network in DMEM culture medium (high sugar). When BDT was added into the DMEM culture medium (high sugar), the freezing point of system reduced, which was helpful to reduce the damage under low temperature.

Key words: gelator; supramolecular gel; self-assembly

目录

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 凝胶因子 1

1.3 超分子凝胶 2

1.3.1 超分子凝胶 2

1.3.2 超分子凝胶的结构 3

1.3.3 超分子凝胶的应用 4

1.4 低温冻存 5

1.4.1 低温冻存的技术 5

1.4.2 冻存保护剂 5

1.4.3 低温冻存对细胞的损伤 6

1.5 研究意义 7

第二章 实验部分 8

2.1 前言 8

2.2 BDT凝胶因子的合成 8

2.2.1 实验药品 8

2.2.2 仪器设备 8

2.2.3 合成方法 9

2.3 最小凝胶化浓度的测定 9

2.4 超分子凝胶的热学性质测定 10

2.5 超分子凝胶的低温性能 10

2.6 超分子凝胶的形貌表征 10

第三章 结果与分析 11

3.1 最小凝胶化浓度 11

3.2 超分子凝胶的相转变温度 12

3.3 超分子凝胶的低温性能 13

3.3 超分子凝胶的形貌分析 14

3.4 小结 15

第四章 结论 16

参考文献 17

致谢 20

第一章 绪论

1.1 前言

随着细胞工程、干细胞治疗、细胞移植等生物医学技术的发展，活体细胞的需求越来越大，因此，细胞的大规模、高活性体外培养及细胞的长期储存越来越受到重视。

离体细胞很难在常温下长期保存和长途运输，而低温冻存是目前最常见且最有效的保存方法^[1]。但是，低温冻存过程本身也会杀伤细胞或者损伤组织，这又与低温冻存本身的目的相矛盾。因此，学者们尝试使用新的方法在细胞的低温冻存过程中保护细胞^[2]。

凝胶是一种常见的生物医用材料，其生物相容性好，具有独特的三维多孔网络结构，在组织工程和植入材料领域，研究者们将活细胞或组织包裹在选择性凝胶透过膜中形成微胶囊，让凝胶微胶囊起到免疫屏障作用。但通常情况下，这种微胶囊很难去除。

凝胶因子是一类能使溶液凝胶化的小分子有机物，而超分子凝胶则是凝胶因子在溶剂中通过氢键、π-π堆积作用、静电作用、亲疏水作用等弱的相互作用力自组装而形成的，它通常具有复杂的三维网状结构。这种凝胶体系能在低温下很好地包裹细胞，同时由于超分子凝胶是由凝胶因子以弱相互作用力为驱动力自组装而形成，通常具有可逆性，所以升温的时候又很容易去除，这能够较好地解决传统凝胶在复温过程中难去除的问题。另外，与共价键相比，非共价相互作用可以使这些体系动态化，对于外界刺激具有良好的响应性，并有潜在自愈性。

1.2 凝胶因子

某些小分子有机化合物在较低的浓度下能使液体介质如水、有机溶剂等凝胶化，这类小分子有机物被称为凝胶因子。通常，凝胶因子之间存在非共价键弱相互作用，如氢键、π-π作用、静电作用等^[3]，通过这些弱相互作用，凝胶因子能在介质中聚集，并自组装形成聚集体，然后进一步形成包裹液体介质的三维网状结构，从而使整个体系凝胶化。

近10年来，国内外对凝胶因子的研究越来越深入，很多学者根据超分子凝胶在不同领域的应用，对各种不同的凝胶因子进行了研究。侯钟科等人^[4]对糖苷、甾核、氨基酸等多种类型的凝胶因子衍生物以及二元凝胶体系等的研究进展进行了综述，并就凝胶因子在敏感性材料、药物控释等领域的研究价值进行了分析与讨论。侯秋飞等^[5]研究了三烷氧基苯甲酰胺衍生物凝胶因子的各种性能，通过合成不同结构的凝胶因子，并对不同凝胶因子进行各种性能的测试和表征，阐述了不同溶剂对凝胶因子凝胶化能力的影响，并进一步分析了凝胶因子的结构对凝胶化性能的影响。周梅等^[6]根据不同的氨基酸，合成并研究了一系类不同类型的氨基酸衍生物凝胶因子，根据不同的测试方法对这一系列的氨基酸衍生物凝胶因子进行表征，根据分析结果进一步合成了新型凝胶因子与酒石酸形成的双组分体系，并对新形成的双组分体系进行了一系列的研究与分析，结果显示新的体系可以更好地分离有机物与水。陈明明等^[7]设计合成了一类线型凝胶因子（以二氯化铂为金属中心，以单吡啶π-基团为配体），并研究了这类凝胶因子的凝胶化行为，制备了金属基超分子凝胶。根据一系列的研究揭示了金属凝胶因子自组装形成过程以及形成机理，该项工作对有机金属凝胶因子自组装形成超分子凝胶等领域的发展具有一定的推动作用。