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摘 要

γ-聚谷氨酸（γ-PGA），也被称为纳豆素，因首次是从纳豆中被发现而得名，是一种具有良好水溶性的生物高分子。γ-PGA是由微生物发酵而制得，因而具有良好的生物相容性，是一种良好的生物支架材料。根据其分子量的不同，分别被用于制备化妆品、食品添加剂、药物载体、水处理以及植物调节剂等。本文将多巴胺（DA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA）作为交联剂，制成了一种生物毒性较低、力学性能较强且可降解的双分子网络水凝胶粘附剂，这种水凝胶粘附剂可以被用于皮肤创伤修复。由于接枝的路径不同，制得的γ-PGA水凝胶的性能也有所不同。为了提高水凝胶的性能，本文采取的是先接DA，再接GMA的路径。通过这种方法制得的水凝胶不仅更具粘附性，力学性能也有所提升。

关键词：聚谷氨酸 多巴胺 水凝胶 溶胀动力学 力学性能 生物相容性

Preparation of hydrogel adhesive based on polyglutamate

Abstract

Poly（γ-glutamic acid）（γ-PGA）,also known as natto.It got its name from the first discovery of natto,it is a biopolymer with good water solubility.γ-PGA is produced by microbial fermentation,Therefore, it has good biocompatibility and is a good biological scaffold material.According to its molecular weight,They were used to prepare cosmetics, food additives, drug carriers, water treatment and plant regulators.In this paper, dopamine (DA) and glycidyl methacrylate (GMA) are used as cross-linking agents.A double network hydrogel adhesive with low toxicity, strong mechanical properties and degradable properties was prepared,This hydrogel adhesive can be used to repair skin trauma.Due to the different grafting paths, the properties of the γ-PGA hydrogels are also different.In order to improve the performance of the hydrogel, the route taken in this paper is to first connect the DA and then the GMA.The hydrogels prepared by this method are not only more adhesive, but also have improved mechanical properties.

Key word：Polyglutamic Acid; Dopamine; Hydrogel; Swelling Kinetics; Mechanical Properties; Biocompatibility

目 录

摘要 I

Abstract

第一章 前言

1.1组织工程学 1

1.1.1组织工程学概念 1

1.1.2 组织工程学基本原理 1

1.1.3 组织工程学的应用及前景 1

1.2 皮肤组织工程 2

1.3皮肤创伤修复 2

1.3.1止血与发炎阶段 3

1.3.2细胞增殖阶段 3

1.3.3组织重建和肉芽组织增生和瘢痕形成阶段 3

1.3.4细胞外基质的作用 4

1.4组织修复材料 4

1.4.1天然高分子水凝胶 5

1.4.2合成高分子水凝胶 5

1.4.2.1聚乙烯醇 5

1.4.2.2聚乙二醇 5

1.4.2.3聚谷氨酸 6

1.5交联方式 6

1.5.1化学交联 6

1.5.2辐射交联 7

1.6 本课题的研究内容及意义 7

1.6.1研究内容 7

1.6.2研究意义 9

第二章 实验部分

2.1.仪器及药品 10

2.1.1 实验药品 10

2.2.2实验器材 11

2.2.实验方法 11

2.2.1 PGA-GMA-DA的合成 11

2.2.2 PGA-DA-GMA的合成 12

2.2.3 ¹H NMR谱分析 13

2.2.4 成胶时间测试 13

2.2.5力学性能测试 13

2.2.6水凝胶溶胀测试 13

2.2.7细胞毒性测试 14

2.2.7.1水凝胶浸提液的制备 14

2.2.7.2细胞毒性测试 14

第三章 结果与讨论

3.1 ¹H NMR谱分析 15

3.2 PGA水凝胶的合成路径探讨 16

3.3 PGA水凝胶预成胶测试 17

3.4 成胶时间测试结果 18

3.5力学性能测试 18

3.6 PGA-DA-GMA水凝胶溶胀测试 19

3.6.1 水凝胶溶胀原理 19

3.6.2浓度及溶剂对溶胀率的影响 20

3.7 细胞毒性测试 21

第四章 实验结论

参考文献

致谢

第一章 前言

1.1组织工程学

1.1.1组织工程学概念

组织工程技术是将工程学原理应用于细胞生物学和材料科学领域，以修补或替代因意外损伤或老化等造成功能缺失的人体组织和器官的一门科学。组织工程学于20世纪90年代引入中国，由宝福凯、柳爱华首先开始研究，目的在于使组织工程技术运用于器官缺失以及晚期衰竭。当时治疗这两类疾病的方法 受限颇多，且不能完全治愈，^[1]需要新的 技术来改善治疗手段，组织工程学的研究就此在中国生根发芽。组织工程是一门内容包括材料学、工程学、生命科学的跨领域学科。国外对组织工程的研究最早始于20世纪80年代，1987年，美国国家科学基金委员会正式确定了“组织工程”的概念。

1.1.2 组织工程学基本原理

组织工程包含两个重要的研究方向，其一是细胞再生，指通过可降解的细胞支架和生物反应器等手段在体外培育出健康的人体组织，然后通过手术的手段移植入人体内，利用人体的自我修复功能与人体原有组织融合实现自我再生。其二是器官替代，器官替代受限面临的难题就是人体自身的排异反应。解决排异反应不仅能阻止免疫系统对移植组织的攻击，还能使移植细胞发挥自身的作用。^[2]

1.1.3 组织工程学的应用及前景

组织工程学是一门包含细胞生物学和材料工程学的跨领域学科，其已在医药上有多个方面的应用。第一是在软骨修复方面的应用，软骨组织工程中对种子细胞的要求很高，需要其具有容易分裂增值的特性，此外在受到诱导时能生成特定的软骨组织细胞并分泌出软骨特异基质。^[3]第二是神经修复，其目的主要在于在最大限度上使断掉的神经自末端连接，促进神经的再生。经过多年的探索研究，目前修复神经的方法主要分为手术方法以及非手术方法，可用于挫伤、烧伤、撕裂等原因引起的神经断裂。第三是血管修复，其面临的首要问题就是在将培育的血管组织移植入人体后是否能在宿主体内血液的冲击下维持组织的稳定而不脱落。血管修复的方法目前主要有血管移植、血管修复术等。^[4,5]第四是皮肤修复，这也是本文要研究的课题。

组织工程学尽管已经在医学的多个方面取得了令人瞩目的成就，向世人展现了其在临床治疗的无限发展前景，但其研究仍处于起步的阶段。目前的研究还在较大程度上受制于种子细胞及其来源，材料等方面。未来的研究不仅要包括对组织工程学新领域应用的探索，还面临改善试验方法，研制出更新更先进的生物反应器以及解决材料来源等问题。

1.2 皮肤组织工程

皮肤组织是覆盖于人体表面的器官。皮肤由表皮、真皮及皮下组织构成。皮肤与外界的接触最为直接，有保护体内组织的作用。皮肤 作 为人体最大的器官能够完全包覆人体表面，表皮在最上层，特性坚韧不易破损，同时还具有柔软的性质，在一定程度的外力作用下可发生形变，保护人体；真皮在表皮下层，同样具有一定的弹性；皮下组织在最下层。三者共同发挥作用，保护人体不受病菌感染，在一定程度上能抵抗酸碱腐蚀，还能防御一定的物理打击，也能防止阳光对人体的损害。皮肤隔绝了人体与外界环境，因此，当皮肤因为烧伤或创伤等原因造成大面积缺损，且用于移植的自身皮肤组织严重不足，导致创伤修复困难，易造成难以挽回的后果。^[6,7]因此，寻找替代的材料尤为关键。通过组织工程技术，研究制成人工皮肤替代物是一种行之有效的解决方法。

1.3皮肤创伤修复

皮肤的创伤根据受损程度不同而有差别，最低的程度指只有表皮受伤，稍重的则表现为表皮与皮下组织断裂，最严重的是包含肌肉、肌腱以及神经断裂在内的创伤。人体在收到创伤造成组织缺失时通常会自动进行修复，补全缺损的部位。^[8]这是个多种细胞参与的复杂过程。过程大致可分为三个阶段。

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