可注射生物活性海藻酸钠硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究

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1、上海交通大学博士学位论文可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究博士研究生：韩彦学号：0104169009导师：常江研究员申请学位：工学博士学科：生物医学工程所在单位：生物医学工程学院答辩日期：2015.05.26授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorSTUDYONFABRICATIONANDPROPERTIESOFINJECTABLEBIOACTIVEALGIN

2、ATE/CALCIUMSILICATECOMPOSITEHYDROGELSCandidate：YANHANStudentID:0104169005Supervisor：Prof.JIANGCHANGAcademicDegreeAppliedfor：Ph.D.Speciality：BiomedicalEngineeringAffiliation：SchoolofBiomedicalEngineeringthDateofDefence：May26,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJi

3、aoTongUniversity上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论

4、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“√”）上海交通大学博士学位论文可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究摘要近年来，可注射生物材料由于其独特的液-固转变性能在组织工程和组织再生方面引起了很大的关注。可注射水凝胶其多孔的内部结构与天然细胞外基质（ECM）相似，具有良好的生物相容性，而且可以很好的无

5、间隙地填充无规则形状的受损部位，所以在药物释放、载细胞、组织工程以及再生医学等领域有着很大的应用前景。海藻酸钠(SA)水凝胶是目前研究比较成熟的水凝胶体系之一，且其已经在组织工程中有了应用，但是传统地将海藻酸钠溶液滴加到多价阳离子溶液中，由于凝胶由外而内形成太快，致使制备出的海藻酸钠水凝胶珠体可注射性差且海藻酸钠自身也缺乏生物活性。本课题组前期的研究表明硅酸钙（CS）和镁黄长石（Aker）两种生物陶瓷具有较为优良的生物活性，可以促进干细胞成骨分化及体内成骨。此外，这两种生物陶瓷在生理环境中都可以降解释放出二价阳离子使周围微环境成碱

6、性，这也意味着可以通过调节pH值来控制生物陶瓷释放二价阳离子的速度。因此，本课题根据生物陶瓷和海藻酸钠的各自特点，提出将具有生物活性的生物陶瓷作为海藻酸钠交联成凝胶的Ca源，通过两者复合且依靠可水解呈酸性的试剂调控生物陶瓷原位释放二价阳离子来可控地交联海藻酸钠，获得具有生物活性的可注射海藻酸钠/生物陶瓷复合水凝胶。1、选择葡萄糖酸内酯（GDL），利用GDL的水解缓慢释放出CS2+中的Ca，交联SA成凝胶，从而制备出了可注射SA/CS/GDL复合水凝胶。研究发现通过改变CS和GDL的含量，可以调控SA/CS/GDL复合水凝胶的凝胶时

7、间、抗压强度和溶胀性能。此外，通过红外光谱分析（FTIR）和扫描电镜（SEM）的表征证明SA/CS/GDL复合水凝I上海交通大学博士学位论文胶具有良好的体外诱导矿化的活性；而且CS/SA/GDL复合水凝胶及其浸提液不仅能够维持大鼠骨髓间充质干细胞（rtBMSCs）的正常生长和增殖，而且能够体外促进rtBMSCs分泌成骨的前期标志碱性磷酸酶，以及能够促进人脐带静脉内皮细胞（HUVECs）成血管分化。2、为了更好地调控SA成凝胶，进一步调节水凝胶成凝胶性和可注射性，在SA/CS/GDL复合水凝胶的基础上，提出了采用两种不同的二价离子交

8、联SA的双离子交联策略，将体系中的CS更换成镁黄长石2+生物陶瓷（Aker）形成SA/Aker/GDL复合体系。利用Aker含有Ca2+和Mg两种可以和海藻酸纳交联，且交联能力不同的离子来实现对成凝胶速率的更好调控。在此体系中，GDL水解导致Ake