近几十年来,水凝胶由于其独特的可模拟生物体组织的高含水量三维网络结构,在生物医用领域尤其是药物载体和组织工程方面备受关注。这其中,可注射原位成型水凝胶一直占据研究热点。与预成型水凝胶相比,原位水凝胶可通过注射的方式直达患处,填充不规则缺陷部位的同时通过简单混合的方式引入生物活性物质,降低手术侵袭性从而达到微创的目的。用于制备原位水凝胶的材料种类繁多,其降解性也是评估实际应用价值的重要参数。在众多生物医用材料中,聚天冬氨酸由于具备良好的生物相容性,可降解性且降解产物无毒而被广泛应用于载药胶束的制备,但在原位水凝胶领域却并不多见。本论文以聚琥珀酰亚胺为主链,通过氨基开环得到一系列聚天冬氨酸衍生物,以此制备了多种化学交联原位水凝胶并对其性质和应用展开研究。第一章,系统概述了原位水凝胶作为生物材料的优势和发展现状,着重阐述原位水凝胶的交联策略,原料选择及其在药物载体和组织工程中的应用并简述了聚天冬氨酸衍生物原位水凝胶的进展,最后对光动力疗法作简单介绍。第二章,用正丙醇胺对聚琥珀酰亚胺(PSI)开环后继续与甲基丙烯酸酐进行酯化反应得到a,β-不饱和羰基碳碳双键修饰的聚天冬氨酸衍生物PHPA-MA,并以此为主链,以两端巯基修饰的聚乙二醇HS-PEG-SH为大分子交联剂,通过迈克尔加成反应,制备了一种生物可降解的原位水凝胶。水凝胶的凝胶时间,内部形态,流变性质,溶胀率等物理化学性质可通过改变PHPA-MA的浓度,MA取代度和HS-PEG-SH分子量来进行调节。在体外释药实验中,PHPA-MA/PEG水凝胶对罗丹明B(RhB)和牛血清白蛋白这两种模型药物都表现出一定的缓释效果。在体外细胞毒性实验中,PHPA-MA/PEG水凝胶对HeLa细胞表现出良好的生物相容性。以上实验结果证明这种迈克尔加成型PHPA-MA/PEG水凝胶有望用作蛋白类药物的原位长效释药载体。第三章,分别用2-呋喃甲胺和正丙醇胺对PSI开环得到呋喃基团修饰的聚天冬氨酸衍生物PASP-g-FA/AP,并以此为主链,以两端马来酰亚胺基团修饰的聚乙二醇(GMI)2PEG为大分子交联剂,通过Diels-Alder反应,制备了一种生物可降解原位水凝胶。形成凝胶所需时间受到PASP-g-FA/AP的浓度,FA取代度,(GMI)2PEG分子量,温度和pH的共同影响。包括内部形态,流变性质,溶胀行为在内的凝胶的物理化学性质可通过改变PASP-g-FA/AP浓度,FA取代度,(GMI)2PEG分子量,温度和pH来进行调节。在体外释药实验中,PASP-g-FA/AP-PEG水凝胶对Rh B表现出一定的缓释效果。在体外细胞毒性实验中,PASP-g-FA/AP-PEG 水凝胶及其浸提液在设计浓度范围内对HeLa细胞表现出良好的细胞相容性。体外3D培养实验中,HeLa细胞于3天内在凝胶中表现出持续的增值率。综上所述,这种Diels-Alder反应型PASP-g-FA/AP-PEG水凝胶在原位释药和组织工程领域具有一定的应用潜力,同时,加强该体系在生理条件下的稳定性,减缓其降解速度是今后研究的方向。第四章,分别用酪胺和正丙醇胺对PSI开环得到带有酪胺残基的聚天冬氨酸衍生物PASP-g-TA/AP,在辣根过氧化物酶(HRP)和H2O2存在的条件下,制备了一种生物可降解原位水凝胶。形成凝胶的时间依赖于聚合物,HRP和H2O2的浓度。包括内部形态,流变性质,溶胀率在内的凝胶的物理化学性质可通过改变聚合物,HRP和H2O2的浓度来进行调节。体外释药实验中,以RhB作为模型药物,通过简单地混合将药物载入凝胶中,同时PASP-g-TA/AP水凝胶对模型药物表现出优秀的缓释效果。体外细胞毒性实验中,PASP-g-TA/AP水凝胶对COS-7细胞表现出较低的细胞毒性。而在体外3D培养实验中,COS-7细胞于一周内在凝胶中表现出高存活率和持续的增值率。除此以外,当将混合物注射到小鼠的皮下组织后,可形成凝胶,并在注射30天后在哺乳动物蛋白酶的作用下显著降解,且凝胶所引发的炎症反应较温和并可自行消退。综上所述,这种酶交联的可注射型生物可降解PASP-g-TA/AP水凝胶在原位长效释药和组织工程领域具有应用价值。第五章,在第四章的基础上,用二乙基三胺五乙酸对PASP-g-TA/AP进行进一步修饰,将二氧化钛负载到多壁碳纳米管上得到TiO2@MWCNTs并以此作为光敏剂,同时以盐酸阿霉素为化疗试剂,制备了用于光疗-化疗协同治疗的MRI可视化聚天冬氨酸衍生物原位水凝胶。采用TEM对TiO2@MWCNTs的分散情况和形貌进行分析,使用EDS,FT-IR,XRD和.CRM对TiO2在MWCNTs上的负载情况进行表征。使用UV-Vis验证了 TiO2@MWCNTs在可见-近红外光范围内的吸收能力。TiO2@MWCNTs在808 nm红外激光照射下对亚甲基蓝表现出一定的催化能力。通过改变PASP-g-TA/AP-DTPA,HRP和H2O2的浓度可以调节水凝胶的凝胶时间,流变性质,溶胀率和释药速率等物理化学性质。由体外核磁共振成像(MRI)结果可以看出,Gd3+标记的水凝胶在透析48 h后依然具有较强的体外信号。体外细胞毒性实验中,经808 nm红外激光照射后的TiO2@MWCNTs对HeLa细胞表现出较强的细胞毒性,而未载入TiO2@MWCNTs的PASP-g-TA/AP-DTPA水凝胶则表现出良好的细胞相容性。将HeLa细胞载入DOX/TiO2@MWCNTs/polymer凝胶并经数次808 nm红外激光照射后后,细胞存活率降低至63%。综上所述,DOX/TiO2@MWCNTs/polymer 水凝胶对肿瘤细胞的生长和增殖具有明显的抑制能力,并能通过Gd3+标记获取MRI信号实现在体内的无损监控。