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探秘水凝胶在组织工程的应用

更新时间: 2024-11-08 13:55:16  查看次数: 5    
PEGDA 和明胶在好多研究里都被当作生物相容性不错的水凝胶材料来用或者添加进去。所以在这一章就试着用 PEGDA 和明胶来改善 PHEA 水凝胶的生物相容性,让它毒性变小。和纯的 PHEA 水凝胶比起来,加了 PEGDA 和明胶的 PHEA 水凝胶生物相容性确实提高了一些,但是还不够好,达不到组织工程要求的标准。在和 L929 细胞一起培养之前,已经用培养基泡过 PHEA 水凝胶了,想尽量把水凝胶里残留的单体小分子或者光引发剂这些有细胞毒性的东西去掉。这么看来,可能 PHEA 水凝胶本身毒性就比较大,不适合用在组织工程里。从细胞生长黏附的情况也能发现,在材料表面,L929 细胞数量特别少,在明场下几乎看不到完全黏附并且舒展开成梭形的细胞。用蓝色荧光染料把细胞核染上色后,能看到细胞活性很低,甚至有好多细胞碎片,这就证明了它毒性确实高。所以 PHEA 不是一种理想的生物相容性水凝胶,而且加明胶或者 PEGDA 也没办法让它毒性变得很低。
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水凝胶有个逐渐吸水然后溶胀的过程。在溶胀的时候,如果聚合物骨架结合得很紧密,亲水性的官能团又少,那它最后的平衡含水量就越低。图里显示 PEGDA 对 PHEA 网络的限制作用可能就是平衡含水量降低的原因。在溶胀的时候,因为有好多水分子进到聚合物骨架里了,水凝胶的力学性能可能就被破坏了,这样就会影响它的使用。不过这一章里打印出来的水凝胶在经过好多次脱水 - 溶胀之后,还能保持形状完整,这就证明它可以用来 3D 打印,也比较实用。
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把结构差不多但是化学性质差别比较大的亲水性单体分子甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯在各方面的性能做了对比和改造,研究能在 405 纳米可见光下快速光固化的水凝胶,探索在 DIW 型 3D 打印机上打印水凝胶是不是可行。得出的主要结论有这些:
第一,用 DMF/HHMPP/PTPO 光引发剂,能让 PHEA 水凝胶在 405 纳米可见光下快速固化。在相同条件下,PHEMA 水凝胶固化需要的时间更长,所以暂时没办法满足水凝胶 3D 打印的要求。第二,PHEA 的细胞毒性很大,就算加明胶和 PEGDA 也没办法消除。PHEMA 的生物相容性比较好,加天然凝胶网络成分或者 PEGDA 能让它几乎没有细胞毒性。第三,加交联剂 PEGDA 能有效提高 PHEA 和 PHEMA 水凝胶的硬度,但是拉伸功会降低,就是说韧性变差了。加天然凝胶网络成分,像明胶、海藻酸钠、琼脂糖这些,能全面提高 PHEA 和 PHEMA 水凝胶的强度、硬度和韧性,能把原本碎片化的 PHEA 结构变得连续又完整。第四,用 DIW 型 3D 打印机成功打印出了有一定形状的 PHEA 水凝胶。打印出来的 PHEA 水凝胶完整性不错,可以进行脱水 - 吸水的可逆过程。