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NCA的冷冻开环聚合和取向冻胶支架材料认领

作者：

李西川

学位授予单位：

中国科学技术大学

摘要：

冻胶由于具有互相连通的大孔结构、孔道可取向和性能易调控等特点,近十几年来受到人们越来越多的关注。目前,制备冻胶的聚合制备发展相对不充分,常用的冷冻聚合机理多为自由基聚合,对于其他类型的聚合(如离子聚合)研究微乎其微。伯胺引发的N-羧基-α-氨基酸酐(NCA)单体的开环聚合在合成多肽方面简单而高效,但由于常规聚合对分子量的可控性不强,产物分子量分布宽度较大,因此亟需一种简单有效的方法提高聚合的活性特征。低温在大多情况下能有效抑制聚合的副反应,受此启发,我们首次在冷冻条件下研究NCA开环聚合动力学过程。另外,由于冻胶材料的大孔结构有利于营养物质及细胞代谢废物的传递,近年来在生物医疗领域尤其作为生物支架材料方面越发受到重视。针对某些特定的组织结构,与之对应的细胞(如平滑肌细胞、心肌细胞、神经细胞以及血管内皮细胞)会沿一个方向有序生长。因此,我们设计了一系列具有取向结构的三维多孔支架,将小鼠胚胎成纤维细胞(NIH 3T3)接种在材料内并观察其对细胞生长、增殖、形貌的影响。本论文就上述两方面开展工作,取得如下研究结果。(1)首次在冷冻条件下进行N-羧基-α-氨基酸酐-γ-苄基-L-谷氨酸(BLG-NCA)的开环聚合,选用二甲基亚砜(DMSO)或者二氧六环作为反应介质,聚合温度低于反应体系的凝固点。通过核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱监测反应过程,通过反应动力学的分析,揭示出NCA冷冻开环聚合的分子量高可控性、活性聚合特征和可观的聚合速率。而30℃下聚合反应的动力学表现出较差的线性关系,分子量分布较宽。(2)由于壳聚糖和明胶为天然高分子,具有良好的生物相容性、机械性能以及可降解性,因此是理想的生物支架材料。通过单向冷冻技术,制备了具有规则孔结构的明胶-壳聚糖支架,并通过后交联在保证不破坏孔结构规整性的前提下增强材料的力学性能。随之,将NIH 3T3接种在支架中进行培养,使用cell counting kit-8(CCK-8)以及荧光染色剂对细胞进行处理。通过荧光显微镜观察,发现小鼠胚胎成纤维细胞在物理信号(冻胶的取向形貌)的引导下,呈现出规则有序的排列。同时,我们通过光引发共聚不同单体,制备其它具有有序结构的合成聚合物冻胶,并成功诱导细胞在支架材料中取向生长。

摘要译文

关键词：

冷冻聚合; NCA开环聚合; 生物支架; 取向冻胶; 明胶; 壳聚糖

学位年度：

2019

学位类型：

硕士

学科专业：

高分子化学与物理

导师：

何卫东

中图分类号：

O631.5[聚合反应、缩聚反应]

学科分类号：

070305[高分子化学与物理];080502[材料物理与化学];080506[纳米材料技术];081704[应用化学]