乳液模板法制备多孔复合水凝胶及其性能研究

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1、硕士学位论文乳液模板法制备多孔复合水凝胶及其性能研究作者姓名金敏学科专业材料学指导教师刘卅副教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月StudyonthepreparationandpropertiesofmacroporouscompositehydrogelsbasedonemulsiontemplateADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JinMinSupervisor：AssiociateProf.LiuSa

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201520114677华南理工大学硕士学位论文乳液模板法制备多孔复合水凝胶及其性能研究作者姓名：金敏指导教师姓名、职称：刘卅副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：材料学研究方向：生物医用材料论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曹晓东委员：施雪涛杭飞吴刚方立明摘要水凝胶具有

3、亲水的交联网络，其构成的含水环境与细胞所处的生理环境相似，因此被广泛用于模拟细胞外基质（ECM）。同时，凝胶内部孔洞结构也十分重要，孔洞的三维结构、尺寸及孔间连通性等可直接影响细胞的粘附和迁移、胞外基质的分泌以及组织的长入。乳液模板法由于其制备简单、稳定性好、可为体系带来特异功能等特点受到广泛关注，是常用的多孔材料构建方法。本论文基于乳液模板法，制备不同乳液体系，通过连续相聚合，得到具有内部高度连通的复合多孔凝胶支架。主要研究内容和结果如下：对纤维素纳米晶体（CNC）进行超分子改性，引入带有四重氢

4、键官能团的2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（UPy），改善CNC亲疏水性，制备水包油Pickering乳液，探究CNC改性前后的理化性能变化并考察乳液的尺寸；以CNC-UPy稳定乳液为模板，水相引入丙烯酰胺聚合物网络，得到复合多孔水凝胶，对凝胶的力学、溶胀、孔洞形貌等进行表征，并对材料的细胞粘附性进行测试。实验结果表明，改性后的CNC疏水性增强，可形成稳定的水包油乳液，凝胶具有连通的开孔结构，随着CNC含量的增加，乳液尺寸降低，凝胶力学性能增加，孔径减小。体外细胞实验表明凝胶能够很好地支持小鼠骨髓间充

5、质干细胞（BMSCs）的粘附和生长，展示支架良好的生物相容性。为进一步探究乳液模板的通用性，以甲基丙烯酸酐改性明胶（GelMA）作为乳液稳定剂，经高速机械搅拌，形成新型的水包空气乳液，以该乳液为模板，首先加入了碳纳米管粒子构建复合乳液并制备出多孔复合凝胶。结果显示，当GelMA溶液浓度为10wt%时能够形成稳定乳液，碳纳米管与GelMA有良好的吸附作用，促进乳液的稳定，并增加凝胶力学强度。最后，在GelMA乳液模板中引入具有促成骨分化特性的粘土纳米粒子（clay），通过水相单体聚合，得到有机-无机

6、复合多孔凝胶，对凝胶理化性能进行探究，并重点考察了凝胶的细胞相容性及促成骨分化效果。BMSCs/凝胶的共培养结果表明此多孔凝胶支架拥有良好的细胞粘附性，clay的加入促进了碱性磷酸酶（ALP）的分泌，表明细胞向成骨分化的趋势，说明GelMA/clay多孔支架在骨修复方面的潜在应用价值。关键词：乳液模板法；多孔凝胶；纤维素纳米晶体；明胶；细胞粘附性IABSTRACTHydrogelisoneofmostpromisingmaterialstomimicextracellularmatrixdueto

7、itshydrophiliccross-linkingnetworkandaqueousenvironmenttosupportcellgrowth.Theporousstructureofthehydrogelisalsoimportant.Thethree-dimensionhighlyinterconnectedporescouldsignificantlyaffectthecelladhesion,proliferation,migration,secretionandtissueingr

8、owth.Emulsiontemplatingtechniqueisanimportanttoolforthepreparationoforderedhighlyporousmaterialsinbiomedicalfield.Inthisdissertation,wepreparedporoushydrogelswithinterconnectedopen-porousstructurebasedonemulsiontemplatesstabilizedbydifferentst