用于3D生物支架制备的光敏剂的合成及性能研究

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组织工程是20世纪80年代末开始发展起来的新兴科学,它的发展依赖于临床医学、细胞学、材料学、工程学等一系列学科的交叉融合,通过在细胞或组织水平上操作,研究开发生物替代品,以恢复和改善受损或功能性障碍的组织与器官的形态和功能,最终达到修复重建的目的。组织工程的核心是构建具有生物相容性且可降解吸收的的三维生物支架,水凝胶作为组织工程细胞支架的一大类材料,完美契合了三维生物支架对材料的要求。双光子聚合技术具有穿透性好、空间选择性高等特点,对生物材料无损伤,在三维生物支架构建方面具有很好的应用前景。然而,缺乏高效且生物相容性好的光敏剂(光引发剂)成为该技术在组织工程上应用的主要限制因素。基于此,本论文设计合成了三种水溶性亚苄基环烷烃酮类光敏剂T1-T3,并对其光物理性质,引发性能以及生物安全性等进行了系统评价。取得的阶段性研究成果如下:  1)设计合成了三种水溶性双光子聚合用光敏剂T1-T3,并对其结构和光物理性质进行了表征。结果表明T1-T3均有很好的水溶性,在400 nm~650 nm有较强的分子内电荷转移吸收(ICT),在800 nm~850 nm有较强的双光子吸收,其中T2的双光子吸收截面(σ2)最大,在820 nm处可达808 GM;  2)选择透明质酸衍生物(HAGM)、商用水溶性丙烯酸酯类单体(SR610)和天然产物牛血清蛋白(BSA)三种具有代表性的单体,考察了T1-T3的引发聚合能力。结果表明,与商用水溶性光敏剂曙红相比,含T1-T3的预聚体其聚合阈值更低,加工窗口更宽;  3)细胞暗毒性实验显示,当肝癌细胞(HepG2)培养在含光敏剂浓度高达3 mM的培养基中24 h时,超过60%的细胞仍存活,说明T1-T3的生物安全性较高,在生物医学领域具有潜在的应用价值;  4)合成了一种明胶衍生物(Gel-GM)作为水凝胶材料前聚体,并以T1-T3作为光敏剂,小鼠成纤维细胞(L929)作为种子细胞,分别采用两种方法(先加工后种植细胞和先包埋细胞后加工)考察了细胞在水凝胶支架材料上的生长情况,结果表明L929细胞能在支架上生长良好。  综上所述,本论文的研究表明光敏剂T1-T3适合用于生物材料的光聚合与光交联;明胶及其衍生物是一种理想的组织工程用水凝胶材料;两者结合在组织工程三维支架的制备上具有一定应用潜力。
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