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水凝胶是一种具有三维交联网状结构、含水量高的高分子材料，其具有的类细胞外基质（ECM）性质使其被广泛应用于生物医学领域。其中，可注射型水凝胶因具有微创性和可塑性的优点，近些年来受到了越来越多的关注。
角蛋白是一种广泛存在于毛发中的纤维状结构蛋白，结构上的突出特点是半胱氨酸残基含量高达7~20%。基于其良好的生物相容性，角蛋白水凝胶已被广泛应用于止血，创口愈合以及神经修复等领域。然而，目前报道的角蛋白水凝胶大多基于物理交联和二硫键交联的原理，凝胶化时间长、力学强度较低、体内降解过快。有研究尝试采用点击化学的方法实现快速成胶及其可注射性能，但该方法大多需要借助有毒的化学交联剂或引发剂，影响材料的生物相容性。针对上述问题，本论文充分利用角蛋白自身含有丰富的二硫键及自由巯基的特性，在无需任何化学交联剂或对角蛋白修饰改性的条件下，构建了多种凝胶化时间短、力学强度高的角蛋白可注射型水凝胶材料，并初步探讨了其生物医学应用前景。
首先，针对目前报道的O2氧化法成胶时间长以及直接添加H2O2易造成巯基过氧化的问题，本文基于课题组前期构建的二硫键重排策略，利用葡萄糖氧化酶（GOD）催化体液中的葡萄糖产生H2O2，以此实现间接提供H2O2促进角蛋白快速成胶。本文系统考察了不同蛋白浓度下O2氧化成胶、直接添加H2O2、GOD催化产生H2O2的方法对所得凝胶的成胶时间、孔结构、溶胀性能、流变性能、压缩性能等结构和性能的影响，同时考察了基于GOD方法制备凝胶的细胞毒性、体外降解速率、体外药物释放行为和体内成胶能力。此外，以甲磺酸去铁胺（DFO）为模型药物，糖尿病大鼠全层伤口为模型，考察载药凝胶的伤口促愈能力。主要结果为：1.与O2水凝胶以及H2O2水凝胶相比，GOD水凝胶成胶时间缩短，孔径和平衡溶胀比明显减小，储能模量（G’）和压缩强度增大。2.GOD水凝胶对小鼠成纤维细胞（L929）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）无细胞毒性，细胞相容性良好。3.GOD水凝胶可利用伤口渗出液的葡萄糖，在体内原位成胶，具备较好的体内成胶能力。4.载有DFO的GOD水凝胶应用于糖尿病大鼠伤口模型，可明显促进伤口愈合。
为进一步提升角蛋白凝胶的力学强度，本文利用巯基与马来酰亚胺基能够在温和条件下发生迈克尔加成反应的原理，通过天然角蛋白（Ker）与马来酰亚胺基团修饰的聚乙二醇（PEG）在生理条件下形成水凝胶。本文详细地比较了基于硫醚键的Ker/PEG水凝胶以及基于二硫键的Ker水凝胶两者的结构和性能，包括成胶时间、孔结构、溶胀性能、流变性能、压缩性能，同时考察了Ker/PEG水凝胶的细胞毒性、体外降解速率、体外药物释放行为、体内成胶能力以及体内降解行为。最后，评价了Ker/PEG水凝胶的止血性能；同时，分别以甲磺酸去铁胺（DFO）和地塞米松（DMT）作为模型药物，评价了载药Ker/PEG水凝胶对全层皮肤伤口和胶原诱导性关节炎（CIA）的治疗效果。得到结果如下：1.与基于二硫键交联的Ker水凝胶相比，Ker/PEG水凝胶的成胶时间明显缩短，结构更为致密，平衡溶胀比减小，储能模量（G’）增大，压缩强度和压缩形变显著增大。2.Ker/PEG水凝胶对3T-3无细胞毒性，且具有良好的体内生物相容性。3.Ker/PEG水凝胶可在体内原位成胶，具有良好的体内成胶能力及体内可降解性。4.Ker/PEG水凝胶可作为有效的药物载体：负载有DFO的Ker/PEG水凝胶应用于小鼠全层皮肤伤口模型，能够明显的加快伤口愈合进程；负载有DMT的Ker/PEG水凝胶应用于大鼠CIA模型，明显地抑制了CIA老鼠的炎症肿胀。
最后，基于课题组前期研究，本文制备了生理条件下基于二硫键（S-S）和硫醇金（Au-S）之间可动态交换的可注射型角蛋白水凝胶，并考察了其体内可注射性。此外，考察了Au-S角蛋白水凝胶的止血性能以及载药水凝胶对小鼠全层皮肤伤口的治疗效果。主要实验结果如下：1.Au-S角蛋白水凝胶能够通过内径约为0.26mm的注射器针头注射进入小鼠皮下,具有较好的可注射性。2.该水凝胶可在小鼠断尾和肝脏出血模型中表现出良好的止血效果。3.载有DFO的水凝胶能够显著加快小鼠全层皮肤伤口的愈合。
角蛋白是一种广泛存在于毛发中的纤维状结构蛋白，结构上的突出特点是半胱氨酸残基含量高达7~20%。基于其良好的生物相容性，角蛋白水凝胶已被广泛应用于止血，创口愈合以及神经修复等领域。然而，目前报道的角蛋白水凝胶大多基于物理交联和二硫键交联的原理，凝胶化时间长、力学强度较低、体内降解过快。有研究尝试采用点击化学的方法实现快速成胶及其可注射性能，但该方法大多需要借助有毒的化学交联剂或引发剂，影响材料的生物相容性。针对上述问题，本论文充分利用角蛋白自身含有丰富的二硫键及自由巯基的特性，在无需任何化学交联剂或对角蛋白修饰改性的条件下，构建了多种凝胶化时间短、力学强度高的角蛋白可注射型水凝胶材料，并初步探讨了其生物医学应用前景。
首先，针对目前报道的O2氧化法成胶时间长以及直接添加H2O2易造成巯基过氧化的问题，本文基于课题组前期构建的二硫键重排策略，利用葡萄糖氧化酶（GOD）催化体液中的葡萄糖产生H2O2，以此实现间接提供H2O2促进角蛋白快速成胶。本文系统考察了不同蛋白浓度下O2氧化成胶、直接添加H2O2、GOD催化产生H2O2的方法对所得凝胶的成胶时间、孔结构、溶胀性能、流变性能、压缩性能等结构和性能的影响，同时考察了基于GOD方法制备凝胶的细胞毒性、体外降解速率、体外药物释放行为和体内成胶能力。此外，以甲磺酸去铁胺（DFO）为模型药物，糖尿病大鼠全层伤口为模型，考察载药凝胶的伤口促愈能力。主要结果为：1.与O2水凝胶以及H2O2水凝胶相比，GOD水凝胶成胶时间缩短，孔径和平衡溶胀比明显减小，储能模量（G’）和压缩强度增大。2.GOD水凝胶对小鼠成纤维细胞（L929）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）无细胞毒性，细胞相容性良好。3.GOD水凝胶可利用伤口渗出液的葡萄糖，在体内原位成胶，具备较好的体内成胶能力。4.载有DFO的GOD水凝胶应用于糖尿病大鼠伤口模型，可明显促进伤口愈合。
为进一步提升角蛋白凝胶的力学强度，本文利用巯基与马来酰亚胺基能够在温和条件下发生迈克尔加成反应的原理，通过天然角蛋白（Ker）与马来酰亚胺基团修饰的聚乙二醇（PEG）在生理条件下形成水凝胶。本文详细地比较了基于硫醚键的Ker/PEG水凝胶以及基于二硫键的Ker水凝胶两者的结构和性能，包括成胶时间、孔结构、溶胀性能、流变性能、压缩性能，同时考察了Ker/PEG水凝胶的细胞毒性、体外降解速率、体外药物释放行为、体内成胶能力以及体内降解行为。最后，评价了Ker/PEG水凝胶的止血性能；同时，分别以甲磺酸去铁胺（DFO）和地塞米松（DMT）作为模型药物，评价了载药Ker/PEG水凝胶对全层皮肤伤口和胶原诱导性关节炎（CIA）的治疗效果。得到结果如下：1.与基于二硫键交联的Ker水凝胶相比，Ker/PEG水凝胶的成胶时间明显缩短，结构更为致密，平衡溶胀比减小，储能模量（G’）增大，压缩强度和压缩形变显著增大。2.Ker/PEG水凝胶对3T-3无细胞毒性，且具有良好的体内生物相容性。3.Ker/PEG水凝胶可在体内原位成胶，具有良好的体内成胶能力及体内可降解性。4.Ker/PEG水凝胶可作为有效的药物载体：负载有DFO的Ker/PEG水凝胶应用于小鼠全层皮肤伤口模型，能够明显的加快伤口愈合进程；负载有DMT的Ker/PEG水凝胶应用于大鼠CIA模型，明显地抑制了CIA老鼠的炎症肿胀。
最后，基于课题组前期研究，本文制备了生理条件下基于二硫键（S-S）和硫醇金（Au-S）之间可动态交换的可注射型角蛋白水凝胶，并考察了其体内可注射性。此外，考察了Au-S角蛋白水凝胶的止血性能以及载药水凝胶对小鼠全层皮肤伤口的治疗效果。主要实验结果如下：1.Au-S角蛋白水凝胶能够通过内径约为0.26mm的注射器针头注射进入小鼠皮下,具有较好的可注射性。2.该水凝胶可在小鼠断尾和肝脏出血模型中表现出良好的止血效果。3.载有DFO的水凝胶能够显著加快小鼠全层皮肤伤口的愈合。