掺杂聚多巴胺颗粒近红外响应型智能水凝胶的研究

掺杂聚多巴胺颗粒近红外响应型智能水凝胶的研究 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 掺杂聚多巴胺颗粒近红外响应型智能水凝胶的研究 国内图 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 分类号:,,,,(,,国际图书分类号:,,,(,,密级:公开万方数据西南交通大学研究生学位论文年姓名张晏宁申请学位级别工堂亟?专二零一六,年五月一奄一、年血月 ,,,,,,,,,,，,,,,:，,,,(,, ,(,(,:,,,(,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,:,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,, ,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,;,,,,,,:,,,,,,,;,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,:,,,,(,,,,,,,,,,(,,,, 万方数据 西南交通大学 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 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 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版 色卡电子版电子版送货单模板电子版会议记录模板家谱电子版模板doc电子版工资表模板 ，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 ,(保密口，在年解密后适用本授权书; ,(不保密、一使用本授权书。 (请在以上方框内打“、,”) 学位论文作者签名:涉叠气指导老师签名: 日期:((,,,,,(，、?日期:沙,,，,、? 万方数据 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。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己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下: (,)与传统的以纳米金、氧化石墨烯、聚吡咯等 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 为组分的近红外智能水凝胶相比，本研究中的以仿贻贝材料和生物惰性高分子——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 为组分的近红外响应型水凝胶，在生物相容性方面更有优势。其中，仿贻贝材料能够将近红外光转化为热量，生物惰性高分子能感应温度变化发生体积相转变，结合这两种材料的智能水凝胶除了具备良好的生物相容性以外，还具备近红外致动、药物控释和近红外辅助愈合的智能性。 (,)针对水凝胶在缺损修复应用中与组织粘附性差和难以固定生物活性物质的问题，本研究采用聚多巴胺颗粒表面修饰的方法使得聚多巴胺颗粒的功能性基团充分暴露， 能。显著增强水凝胶与组织的粘合强度，同时提高了固载蛋白质及生长因子的性 (,)通过皮肤缺损修复实验表明，经聚多巴胺修饰的智能水凝胶能够负载生长因子并保持因子活性，起到加快伤口愈合的效果，因而该水凝胶作为皮肤敷料在缺损修复方面具有应用价值。 学位论文作者签名: 日期:?,,强,喜仞(及、 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 摘要 水凝胶因其内部三维结构、保水性和生物相容性等优点，广泛应用于组织修复与组织再生领域。刺激(响应性水凝胶可以通过刺激来改变水凝胶结构或性质，从而达到多功能响应的目的，是现阶段研究热点。近红外响应型水凝胶是一种有具有广泛应用前景的刺激(响应——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 性水凝胶，能够通过精确控制光源的辐照强度、辐照时间以及照射位点实现多方面的响应目的。传统近红外响应材料的报道集中在氧化石墨烯、纳米金、碳纳米管、聚吡咯等，但这些材料存在的细胞毒性或潜在生物毒性等问题限制了其在生物医学领域的应用。本研究引入了仿贻贝材料聚多巴胺纳米颗粒(,,,,,,)，制备近红外响应型水凝胶，其不但具有良好近红外光效转化效应，而且还有良好生物相容性、组织亲和性和粘附性。 首先通过氧化自聚合的方法制备出,,,纳米颗粒，通过测量聚多巴胺颗粒分散液在近红外辐照下的温度变化，证明,,,颗粒在近红外照射下的高效光热转化效应。其次，将,,,,,,分散到,(异丙基丙烯酰胺(,，,,,)单体中，通过自由基聚合形成,,,,,,，,,,水凝胶。由于结合了温敏特性的,,，,,,和红外效应的,,,,,,， 通过红外刺激地塞米松的控释实验、双层水凝胶的驱动实验、水凝胶断裂愈合实验，表明,,,,,,，,,,智能水凝胶在近红外一种刺激源的作用下能够产生多重的响应，包括控制药物释放、近红外驱动、近红外辅助愈合。药物释放方面，近红外刺激下，含有聚多巴胺颗粒水凝胶的模型药物释放量比对照组多出,,,左右;驱动行为方面，,,,,,,，,,,水凝胶在近红外的照射下,,秒内发生弯曲行为;水凝胶自修复方面，断裂的,,,,,,，,,,水凝胶在近红外辐照下能有效愈合，且愈合程度随聚多巴胺颗粒含量的增加而增大，直至完全愈合。 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 更进一步，通过聚多巴胺颗粒对水凝胶表面的修饰得到具有聚多巴胺纳米颗粒表面涂层的水凝胶(,,,,,,，,,,(,)，使该水凝胶的具有良好的组织粘附性和生长因子,蛋白固载能力。首先，由于,,,具有粘附能力，使得,,,,,,，,,,(,水凝胶比未经聚多巴胺修饰的水凝胶与皮肤的组织粘附强度高出约,,,,;其次，由于,,,,,,丰富的功能基团，使,,,,,,，,,,(,水凝胶对碱性磷酸酶(,,,)和表皮生长因子(,,,)的释放速度明显慢于与未经聚多巴胺修饰的水凝胶;最后，由于,,,,,,具有生物相容性及细胞亲和性，该水凝胶的表面培养的细胞活性良好。通过活体皮肤修复实万方数据,,,,,,，,,,水凝胶具有近红外刺激体积转变的响应特征。 西南交通大学硕士研究生学位论文 验，表征多巴胺纳米颗粒表面涂层的水凝胶皮肤缺损修复能力。通过将聚多巴胺颗粒修饰以及载入,,,的水凝胶作为皮肤辅料，用于修复老鼠背部,,,直径的皮肤损伤。结果发现术后第,天的修复率达到,,(,,。通过组织切片及染色分析皮肤缺损的修复情况，表明,,,与,,,共同作用，提高了水凝胶的皮肤缺损修复的能力。 综上，本论文通过将温敏性的,,，,,,和仿贻贝材料相结合，制各出的水凝胶不仅具有近红外多重响应性，并且生物相容性良好。进一步通过聚多巴胺颗粒的表面修饰的方法解决水凝胶作为皮肤敷料应用中的组织粘附性差以及生物分子难固定的问题，以达到促进损伤皮肤修复的效果。 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 关键词:智能水凝胶:近红外响应;聚多巴胺颗粒:聚(,(异丙基丙烯酰胺);皮肤修复 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 ,,,,,,;, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,,,,,,,,,,,, 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,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,，;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,(,,;,,,,,，,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,(,,,),,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,(,,,,,,,，,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,,,,,(,,,,,,，,,,,,,,,,,,丽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ，,,,,,,,,，,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 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,(,(,仿贻贝类微囊,颗 粒„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,(,皮肤缺损修 复„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„((,,,(,(,皮肤创伤愈 合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,皮肤伤口敷 料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,本论文研究目的、研究内容及创 新„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,本论文研究目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,本论文研究内 容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,本论文主要创新 点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,第,章,(异丙基丙烯酰胺复合聚多巴胺水凝胶的制备及其智能性„„„„„„„((,,,(,前 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,实验方法与材料表 征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,聚多巴胺纳米颗粒的制 备„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,,——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,,,,,，,,,复合水凝胶的制 备„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,聚多巴胺纳米颗粒和,,,,,,，,,,复合水凝胶的性能表征„„„„„„(,,,(,(,,,,,,,，,,,复合水凝胶的近红外响应特性表征„„„„„„„„„„„,,,(,结果与讨论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„一,,,(,(,聚多巴胺纳米颗粒的形貌及光热转化性能„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,,,,,,,，,,,复合水凝胶理化性质„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,近红外刺激对水凝胶的体积和形貌的影响„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,近红外驱动水凝胶„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,近红外控制释放药 物„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 ,(,(,近红外辅助自愈 合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,本章小 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„((,,第,章聚多巴胺颗粒表面修饰智能水凝 胶„„„„„„„„„„„„„„„„„((,,,(,前——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„。,,,(,实验方法与表征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,聚多巴胺颗粒修饰水凝胶表 面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,聚多巴胺颗粒修饰水凝胶表面的理化表征„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,碱性磷酸酶和表皮细胞生长的负载及体外释放测试„„„„„„„„„„,,,(,(,体外细胞实 验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,结果分析与讨 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,聚多巴胺表面修饰形 貌„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,粘性强 度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,碱性磷酸酶释 放„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,表皮细胞生长因子释 放„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,细胞增 殖„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,本章小 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,第,章聚多巴胺颗粒表面修饰的水凝胶用于大鼠皮肤缺损修复„„„„„„„„。,,,(,前 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,实验方法与表 征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,实验材 料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,材料准 备„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,动物实 验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,术后皮肤愈合表 征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,结果与讨 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,,(,(,皮肤损伤创面闭合比 率„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,,,,和,,,,,,染色分 析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,,(,(,炎症细胞分 析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,(,本章小 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(,,结 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„。,,万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 致 ,射„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„((,,参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,攻读硕士学位期间发表的论 文„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„,,万方数据 卫直銮鎏銮主要:竺耋兰兰竺鲨兰 第,章绪论 ,(,智能水凝胶 ,,,智能水凝胶体系要:墨 智能水凝胶【,，,】，是一种可以对外界环境变化作出刺激响应性材料，近些年来备受关注。对于温度、,,、光、电场、磁场等环境变化，智能水凝胶能够展现出体积，结构的变化，这种水凝胶系统作为一种功能性材料，具有广阔的应用前景:如在药物控制释放【,，,】，传感器【,】，组织再生,,，,】等领域。刺激响应性即是指——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 能够对外界刺激产生一定响应的能力(这些刺激包括生理性刺激，如氧化一还原、酶、葡萄糖等，或者外部刺激如:温度、光、溶剂特性等，也可分为物理性刺激如力、电、磁、光、温度，及化学刺激如电化学、,,、离子强度、生理特性等【,,，如图,(,。而这些高分子材料也会响应以上一种或多种刺激从而做出物理状态、化学性质等变化，如溶解(析出转变、表面与界面性质转变、溶胶(凝胶转变等【,】。 一骶 一,。,篡(,,,,，‘,,，，;,，,日„,,,一„,日,;，,;，(，,;,,,，;,，，,,，,,,,,,,,,,,,,,,‘,、，,,?,。,夸。,,?,, 图，,,聚合物刺激响应型材料其响应刺激所产生的变化及不同类型的刺激示意图【,】。万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 这些智能水凝胶通常都是由刺激响应性高分子构成。其中，以温度敏感性高分子研究最为广泛。具有温度响应性聚合物的分子链通常含有醚键、酰胺和羟基官能团，例如聚(,(异丙基丙烯酰胺)(,,，,,,)、聚,，,(二乙基丙烯酰胺(,,,,,,)、聚,(乙烯基己内酰胺(,,,,)、聚甲基丙烯酸,，,(二甲氨基乙酯(,,,,,,,)、聚环氧乙烷(,,,)和聚乙烯吡咯烷酮(,,,)等【,】。温度响应性聚合物的最显著特点是具有临界溶解温度，当聚合物水溶液在高于某一温度时发生相分离，低于该温度时变为均相——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 溶液，则称该聚合物具有低临界溶解温度(,,,,);相反，具有高临界溶解温度(,,,,)。 (,),,,,,,,,,,, ?,,蝎“,弛 ， ,,, , ,,, ， 鼻石,,，,,岬社,翼 ,，,,,唧釜,?饥 ,,，,,,,,’，，;,,(,,),，,，,,,,,,,,,, 斗卡,,,。呻七节斗;咛,—,?斗,;崎一幸—卜—;,,,,,琴—, ,,,,,,?乒、、 ,,, 严 ，,、严 ,，,;噶 ,,,,,:,,,,,,,,,,, 图,,,典型的温度敏感性和,,敏感性高分子【,】 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 温度敏感性高分子中最常见的为氮异丙基丙烯酰胺(,，,—州)，而由,，,,,共聚形成的聚合物聚氮异丙基丙烯酰胺(,,，队,)是近十几年来广受关注的温敏性水凝胶。,,，,,,是广泛研究的生物相容性和温度响应性聚合物，它在,,?左右存在一个急剧且可逆的亲疏水相转变,,，,,,。其聚合物分子链结构的侧链中既包含有亲水性的酰胺基团((,,,,()，又包含有疏水性的异丙基团((,,(,,,),)，这种特殊结构赋予此聚合物独特的性质，当低于,,,,时,,，,,,变为亲水，分子链也呈舒展万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 状:当温度高于,,,,时，分子链立刻向较密实的线团或球状转变，将亲水的基团包裹于其中而暴露出疏水的异丙基,,,,，,,,,,,,,,,,等也解释了,,，,,,亲疏水性转变的机理以及,,,,,,,,,,序列对于其温敏性的影响，如图,,,。温度响应性聚合物结构中亲、疏水部分的相对比例对它的,,,,影响很大，亲水部分的增强可导致,,,,升高，甚至完全消失,,,】:相反，疏水链段的增强导致聚合物的,,,,降低，同时使其温度响应性增强。 嚷 图,,,,,，,,,和阴离子及水合水之间的相互作用示意图。(,)阴离子(,一)导致酰胺所形成的氢键不稳定及极化。(,)分子的疏水性水合作用和表面张力有关，并能够 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 用盐来调节。(;)阴离子和,,，,,,上的酰胺直接结合,,,,。 ,(,(,近红外响应型水凝胶 近红外刺激响应性水凝胶是受到近红外照射后可发生体积转变或相转变的智能水凝胶，该水凝胶属于光刺激响应型水凝胶，光刺激响应型纳米水凝胶可在光辐照的情况下靶向到人体特定部位。光响应型水凝胶可通过控制所用光源的辐照强度、辐照时间以及波长调节机械运动或释放水平，此外，因其不直接接触刺激部位，避免介入式损伤的性质。在生物医药领域，近红外光对于远程控制释放系统是一个较好的选择,,,，,,】。传统光刺激响应型水凝胶含光活性基团如偶氮苯、螺苯并吡喃、三苯甲烷等的光响应性聚合物，这些活性基团受到光照后构型发生变化或形成带电荷的基团，导致聚合物分子链的构象或亲疏水性发生变化，引起纳米水凝胶发生体积相转变,,,，,,,。然而，引发这类光刺激响应性纳米水凝胶发生体积相转变的光为紫外光或蓝光，这些波长较短的光会对生物组织或细胞产生一定的伤害，因此它在生物医学领域的应用受到很大限制。另外，这类光刺激响应性纳米水凝胶受到光照后发生相转变时，体万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 积变化的程度较小，即它的光刺激响应性能较差。 将近红外响应性颗粒与温度响应性高分子结合形成的近红外响应型水凝胶体系是一种新型的近红外刺激响应体系。当这类复合水凝胶受到光照时，其中的红外响应性颗粒如金纳米粒子等吸收光并把它——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 转换成热量，导致其中温度刺激响应性纳米水凝胶的温度超过它的,,,,，从而发生体积相转变。由于金纳米粒子吸收的波长在,,,(,,,,,,，该光谱窗口的红外光对生物细胞或组织的伤害很小【,,，,,】。如,,,,,,等【,,】制备了基于,,，,,,和金纳米粒子的光刺激响应型纳米水凝胶，在近红外光的辐照下，金纳米粒子产生热量，能使纳米水凝胶发生体积相转变。将该纳米水凝胶的分散液通过静脉注射入老鼠体内，然后用近红外光照在老鼠的右肾上。结果表明在没有用近红外光照射的情况下，纳米水凝胶主要分布在老鼠的肺部。当用近红外光照射老鼠右肾时，纳米水凝胶主要富集在老鼠的右肾部位，而左肾部位未出现纳米水凝胶。 近红外光热型材料除纳米金,,,，,,】以外，还有碳纳米管,,,】、、氧化石墨烯,,,】及其衍生物、聚毗咯,,,(,,,等等。将这些纳米材料与水凝胶复合形成纳米复合水凝胶。这些纳米复合水凝胶能够增强水凝胶的力学性能【,,，,,,，相对于纯水凝胶，该网络的交联点间的分子链长分布比较均一，能够均匀分布所受应力，有效避免应力集中，从而提高水凝胶的力学性能。 ,(,(,智能水凝胶的应用 ,(,(,(,控制释放 在控制释放领域，相较于传统的仅与药物,因子浓度和释放时间相关的自由扩散类型，智能水凝胶能实现按需可控释放，利于控制释放时间点、剂量以及释放模型等参数,,,】。生物材料诱导组织修复再生过程中，水凝胶仿生支架作为生长因子的运输载体，避免使活——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 性分子发生酶解或者对其它组织可能带来的毒副作用，将生长因子输送到损伤组织部位。然而，传统的生物活性因子释放依靠物理扩散，不能够根据受损部位的实际情况可控释放。若能够使负载的生长因子或药物实现有序的智能释放，将有利于提高药效、增加安全性、探究组织再生诱导机制等。智能水凝胶的药物控释形式有很多种，例如基于水凝胶溶胶凝胶的相转变控制药物或蛋白的释放，有报道,,,】在含有可光裂解的邻硝基苄基的水凝胶内部掺入一种特殊的近红外响应型纳米颗粒，万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 当这种水凝胶受到近红外照射的时候，镧系元素掺杂的特殊纳米颗粒使得吸收的近红外光转化为紫外光，紫外光反应使得水凝胶发生溶胶一凝胶转变，释放生物活性分子。类似的，通过近红外光转化为紫外光影响水凝胶溶胶凝胶状态，以牛血清白蛋白、溶菌酶作为大分子药物模型，控制水凝胶对生物分子的释放,,,】。还有通过水凝胶的体积相转变控制释放，长春应用化学研究所的研究人员通过丙烯酸胺与,(异丙基丙烯酰胺共聚的水凝胶调节,,,,至,,。,，通过,,,(,,,反应用,,,,,修饰氧化石墨烯，然后利用自由基聚合反应制备出,,,,,修饰的氧化石墨烯的丙烯酸胺共聚,(异丙基丙烯酰胺的复合水凝胶。用水凝胶支架吸附人脐静脉内皮细胞，其中生物粘附配体,,,,,促进细胞在水凝胶中的粘附，之后利用近红外照射负载细胞的复合水凝胶，水凝胶通过相转变体积收缩挤出细胞，近红外辐照,,秒水凝胶能够释放出约,,,的细胞。——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 刺激响应型水凝胶通常是基于溶胶一凝胶相转变或体积相转变的方式控制释放,,,,。 ,(,(,(,微流控阀门 智能水凝胶的一个很大的优势在于它的可控性，特别是远程可控性，加之水凝胶的柔韧性和可变形性，非常适用于微流控装置中的微型阀。与光、磁等控制源相结合，利用智能水凝胶控制流体开关。通常，当没有外界作用时，水凝胶块材堵塞流体通路，使微流控装置处于“关”的状态:当控制源作用于智能水凝胶时，水凝胶会发生相转变产生体积收缩，使得液体流通，此时微流控装置处于“开”的状态。有报道,,,,指出运用,辐照聚合的方法得到,，,,,与氧化石墨烯的复合水凝胶，能够在近红外的照射下发生温度变化以及体积相转变，研究了不同氧化石墨烯含量的水凝胶在相同近红外照射下的体积变化情况以及可重复性，成功地运用在微型阀上。还有将磁性颗粒,,,,。与,(异丙基丙烯酰胺结合的复合水凝胶，同样应用在微型阀，有趣的是，这种水凝胶除了能在交变磁场下产生量热，还能在近红外的的照射下产生热量，从而影响水凝胶的体积变化【,,】。除了上述两种在近红外作用下的微流控阀,,,,,:，还有在可见光作用下控制水凝胶的微型阀。例如，在,，,,,与,，,(二甲基丙烯酰胺共聚物中加入氧化铁纳米颗粒形成水凝胶，其中，,，,(二甲基丙烯酰胺的加入能够增大水凝胶的体积变化程度，减少控制源的照射时间，即提高灵敏度;氧化铁纳米颗粒能够对可见光进行光热转换。这种水凝胶经过可见光照射就能出现明显的体积收缩，使——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 得原本被万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 堵塞的微流控通道打开，且照射反应时间仅需,秒，具有高灵敏度,,,】。微流控领域中的水凝胶不仅可以是块材，还能以膜的形式实现应用。例如，在微机电系统中的微型阀，表面形成一层可变弹性水凝胶膜，通过这层水凝胶膜变形改变微流控通道的横截面积。微流控通道的大小通常大于,,,毫米，因而这种水凝胶膜厚为几十微米,,,,。 相比于电、磁、,,、温度控制的微型阀的应用，光控在这个领域的应用更有前景。相比于电刺激和,,刺激的优势在于非接触性，光控可实现远程操作;相比于磁和温度控制的水凝胶，虽然这两个控制源能够不与水凝胶接触，但无法实现精确控制，如水凝胶需要完全处于这种刺激源的氛围中才能奏效。因此，光控可实现精准的点控制。,(,(,(,致动器,软性机器人 软性致动器,机器人是一种伺服装置，通过外部刺激控制实现其机械运动。这种软性致动器,机器人最关键的组成部分为运动提供驱动力的可逆变化，这种变化可以是形状、尺寸、体积等,,,】。 通过水凝胶的周期性刺激使水凝胶弯曲，可进一步转化为运动，类似步行或游泳等动作。早在,,,,年,,,,,等人,,,,报道了一种浸泡在表面活性剂溶液中溶胀形变的聚电解质水凝胶，这种水凝胶的弯曲朝向负极端，通过施加电压的极性控制水凝胶的弯曲方向，控制变化电极的极性致使水凝胶弯曲，因此，这种水凝胶在施加——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 的电压极性周期性变化的影响下反复弯曲和伸展，这种特定形变能使水凝胶以,,毫米,分钟的速度“行走”。与之类似的研究还有,,,等人设计了一种水凝胶致动系统【,,】，能够在棘轮基板上完成行走动作，这种水凝胶为亲水一疏水双层结构，对湿度变化作出响应产生弯曲，这样的双层致动器能在为,,,和,,,的湿度变化中周期性地在棘轮基板上“稳步行走”，这一过程中致动器可以负荷比自身重,,,倍的装置。这种软性机器人在此之后得到了很大的发展，例如，,,,,,和,,;,,,开发了可行走电刺激水凝胶 【,,,，,,,,,,等人用,,打印的方法制备了水凝胶和心肌细胞复合生物机器人，通过生物双压电晶片悬臂结构驱动致动,,,,。 基于水凝胶的致动器不仅能够“行走”，还可以通过其形状的循环变化“游泳”。,,,等人【,,】通过水凝胶在不同,,环境下的非均匀变形模仿了章鱼和精子的游动过程，这种水凝胶能够对电化学电位变化的刺激产生方向性运动，可运用在生物医学领域，感应测试或破坏某些微生物。,,,,,等人设计了更为复杂的致动装置，通过聚吡咯和金属双层形成的共轭聚合物致动器能够像抓手般捕获和释放颗粒,,,，,,】。这些报万方数据 要要銮兽銮:竺圭竺三兰:竺鲨三至:蚕 道都说明了智能水凝胶在致动器,软性机器人方面的应用价值。 ,,; 牲，避，,, ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- , 虹耐彦蠹,焉 图,(,水凝胶的可控驱动。(,)手形水凝胶在近红外照射下的可控弯曲形水凝胶激光光栅方向形的折叠轴;(;)光驱动爬行,,,】哪:，～脚一 ,,仿贻贝类材料 ,,,仿贻贝类水凝胶 由于大部分高分子类粘合物在潮湿环境下失去粘性以及它们的毒副作用，大部分商用粘台物不能应用于人体组织或组织工程支架表面。贻贝足蛋白在潮湿环境下优异的粘附结合性能和生物相容性使其成为组织粘合剂的理想材料。由于这些天然蛋白粘合剂的提取工艺繁琐和难以量产的限制，以及固化速率和粘附强度较难满足实际应用的需求等问题的存在【,,,，因此在天然贻贝蛋白为基础的新型仿生粘合剂应运而生。由于可注射粘合水凝胶易于控制且粘弹性类似于细胞外基质，因此非常适合于组织粘合和局部止血,,,(,,,。,,,,等人利用邻苯二酚基团功能化的海藻酸钠,壳聚糖与末端为巯基的普朗尼克,,,,通过迈克尔加成交联台成了可注射粘合水凝胶,,,，,,,。可注射性体现在室温环境下前体溶液为溶胶状态，注入体内后在体温环境中迅速形成结实的水凝胶。用万能测试机评估该水凝胶的组织粘附性能，海藻酸钠一普朗尼克与壳聚糖一普朗尼克可注射水凝胶与组织的分离应力分别为,,,?,,,,,,和,,，,?,,,,,。最近报道了一种多巴修饰的明胶可注射水——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 凝胶【,,】，向这种水凝胶中加入铁离子，通过多巴一铁离子的协同作用和醌基耦和作用形成了具有粘性的水凝胶，当注射到老鼠肝脏的大出血部位时，这种水凝胶粘合剂形成屏障，表现出良好的止血性能，一分钟内的总失血量为,,?,,毫克。这种多巴一铁离子明胶水凝胶的止血性能、匹配的力学强度和生物相容性在外科手术中具有很大应用前景。 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 可注射性粘合水凝胶在应用操作性方面简单，但往往存在着力学强度和粘附强度不足的问题，因此这些水凝胶大多应用于软组织方面。实际上，高含水量使得仿贻贝类水凝胶粘附强度差，很难像模拟贻贝的高分子粘合剂具有兆帕级的强度【,,】。,,,等人运用含有多巴的重组粘附蛋白制各出一种粘附性很好的水凝胶。其中含有多巴的重组粘附蛋白可由大肠杆菌大量生产、由酪氨酸酶进行修饰,,,】。由铁离子调节的非共价作用凝胶的粘性在碱性条件,,,约为,(,)下约为,,,,,,，而由醌基调节的共价作用形成的水凝胶提高了固化时间并且粘性可达,,,,,,。传统生物合成的含有多巴的重组粘附蛋白中多巴含量少，在酪氨酸残基变为多巴分子的转化过程中，面临可修饰区域较少(少于,,,)的问题。为解决这一问题，,,,等人采用残基特异性编入的方法实现了在大肠杆菌内制造可编程的含有多巴的重组粘附蛋白，这种粘附蛋白多巴含量非常高(,,(,,,～,),,,】。通过表面力仪和石英晶体微量天平的测试这种含——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 有多巴的重组粘附蛋白在潮湿环境在的粘附力明显增强。此外，这类粘附蛋白作为粘性水凝胶在生物医学领域有很大的潜在应用价值。 受到损伤之后能够自动恢复的能力是一种非常有趣的现象，例如:骨折的愈合，受损血管的结合,,,】，贻贝丝足的愈合,,,,等等。然而这些性能在合成材料中比较罕见，这是因为它们的构成组份和分子结构在破裂后不能在破损处动态迁移实现键的重组,,,,。人工合成的自修复水凝胶可将这一显著优势引入生物医学中。例如，将自修复水凝胶作为治疗载体使用，生理环境下，外力破坏后的水凝胶组份在靶位点可重新形成完整的凝胶，这样能够防止负载药物突释并提高药物传输效率,,,,。将自修复水凝胶作为功能性涂层运用在生物医学移植，可实现外科手术造成的涂层损坏自动修复，降低植入物表面暴露在体液中的危险。 贻贝足丝的自修复性能大致归结于金属与贻贝足蛋白间的可逆的配位键作用 【,,】。金属使得蛋白络合的机理诱发了一系列可控自愈合高分子水凝胶的发展形成，这类水凝胶中，基于多巴和铁离子间的非共价配位键交联的研究最为广泛。,,,,,,,,,,,等人以含有醌基的聚乙二醇(,,,)为基，制备出一种在特定的,,下能够调控力学强度和自修复性能的水凝胶体系。他们的研究结果表明:当,,,,(,，醌基可与铁离子形成单络合物;当,(,,,,,,(,，醌基可与铁离子形成双络合物;当,,,,(,，形成三络合物。结果还表明在碱性条件下，醌基一铁离子交联的高分子水凝胶的弹性模——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 量趋近于共价交联的凝胶。一旦水凝胶受到损伤，三邻苯二酚与铁离子的交联万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 作用能使水凝胶在数分钟内就能恢复硬度以及粘性，这要归因于被破坏的邻苯二酚与铁离子之间的交联作用重新恢复【,,】。按照这一原理，将多巴与具有,,响应性的胺功能化高分子相结合，形成多重,,响应系统。这种水凝胶与铁离子反应具备高力学强度，且在碱性环境中能够快速自愈合,,,】。 其他类型的金属一邻苯二酚相互作用机理也被广泛应用于制各自愈合性高分子水凝胶，比如硼离子与邻苯二酚之间动态可逆的络合作用。邻苯二酚能够与硼酸结构在中性和碱性条件下形成稳定的共价键合，在酸性条件下解离。,,等人利用邻苯二酚衍生的,,,与,，,(苯二硼酸间的络合形成交联，制备出了一种自愈合型水凝胶，这种硼酸酯键的动态结合性质使得水凝胶表现出共价结合的凝胶状，以及在碱性条件下表现出机械形变可恢复性,,,】。近期还报道了一种具备快速自愈合和多重刺激响应能力的水凝胶，这种水凝胶通过甲基丙烯酸化的多巴胺一异丙基丙烯酰胺共聚物与硼酸相互作用形成，邻苯二酚与硼离子间相互作用很大程度取决于,,和邻苯二酚基团浓度,,,】。邻苯二酚基团能够以,,依赖性的方式结合、释放含有硼酸盐的治疗剂，这一现象为这种合成水凝胶在抗癌药物传递方面的应用赋予了巨大价值,,,】。 ,,,,,、，,,,,,,;,,,,,及其同事提出了一种——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 通过邻苯二酚间双齿氢键的作用，在没有金属参与下就能在水中完成自愈合的高分子,,,】。该研究中以半刚性的聚丙烯酸酯和带有被硅烷基团保护的邻苯二酚的刚性聚甲基丙烯酸酯为模型研究自愈合机理。聚合物被截断后只有浸泡在酸性溶液中才能自愈合，这是由于在酸性环境中被硅烷保护的邻苯二酚基团暴露出来得以实现其功能性;然而，在中性至碱性溶液中，由于邻苯二酚无法暴露出来使得这种高分子无法自愈合，这就说明了邻苯二酚之间的双齿氢键作用对于自愈合起到至关重要的作用。以上这些发现揭示了贻贝足丝自愈合的新机理，也为将来制备新型自愈合水凝胶提供了新思路。 ,(,(,仿贻贝类微囊,颗粒 在生物医学领域中，聚合物胶囊在药物输送、生物传感器、细胞仿生等各方面都备受关注。聚合物胶囊的制备，往往是通过聚合物层在模版颗粒上的连续沉积(层层自组装)后牺牲模版颗粒形成的，这种方法往往比较费力而且容易聚集的问题，因此小于,微米胶囊聚合物系统的相关报道非常少。聚多巴胺微囊于,,,,年首次被报道,,,】，成功克服了传统微囊体系的不足。本课题组已成功研究了聚多巴胺颗粒胶囊，王振铭,,,,利用聚多巴胺微囊进行细万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 胞外基质的仿生构建。通过在磺化的聚苯乙烯微球模版上形成包覆一层聚多巴胺，这种聚多巴胺包覆的微球与壳聚糖通过电荷作用实现层层自组装，之后去除聚苯乙烯模版球得到的聚多巴胺微囊成功装——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 载成骨生长因子,,,(,，,,,(,能固载于聚多巴胺微囊，并且，聚多巴胺微囊和,,,(,生长因子能够协同促进骨髓间充质干细胞的增殖和分化。 ,,,,等人近期报告了一种新型的荧光聚多巴胺微囊的方法,,,】，因为多巴胺或者聚多巴胺的氧化产物具有荧光性质,,,】，因而该方法中包括了过氧化氢的氧化步骤。研究人员还关注了过氧化氢的引入对生物分子带来的影响，通过,,,,细胞的的内吞结果显示，这种荧光聚多巴胺微囊细胞毒性很低。另一份,,,等人的研究表明，一种荧光标记聚多巴胺微囊能够在,,的刺激响应下释放阿霉素,,,】。邻苯二酚与硫醇间的作用使得硫醇改性的聚甲基丙烯酸与聚多巴胺之间有效相互作用，并且残留的硫醇还能使阿霉素和荧光染料,,,,,,,,,,,,,富集在聚多巴胺表面。通过,,,,细胞的细胞活性测试评价负载阿霉素的聚多巴胺微囊的有效性，结果表明负载阿霉素的聚多巴胺微囊能够有效减少细胞数量，而没有阿霉素的聚多巴胺微囊对细胞活性无明显影响。 ,,等人【,,】在二氧化硅颗粒表面包覆聚多巴胺，利用聚多巴胺上的芳香族羟基基团固定,(溴代异丁酰溴，根据原子转移自由基聚合的方法引发,((,(甲氧基乙氧基)乙酯(甲基丙烯酸在多巴胺颗粒表面的聚合，去除二氧化硅核心后形成了温度、,,双敏感的聚合物，在该微囊中装载阳离子染料分子可实现刺激响应性释放。 ,,,,,等人【,,】将混合聚多巴胺薄膜的工艺与凝胶材料相结合，得到了聚多巴胺,聚异丙基丙烯酰胺(,,，,,,)和聚——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 多巴胺,高度支化的聚异丙基丙烯酰胺(,,，,,,(,,)微囊，研究结果表明，大微囊因为聚多巴胺同质性表现为高渗透性，而小微囊因为聚多巴胺与,,，,,,(,,的异质性表现为更高的渗透率。 上述作为模版的球状硬质材料都需要在制备后期去除，去除模版球的过程需要化学物质(氢氟酸，有机溶剂)或物理条件(高温)，这些步骤可能会影响聚多巴胺微囊作为生物医学载体的使用。为了解决这一问题，,,,,年,,,,,,,,,,,等人【,,】提出一种利用声化学这种新方法组装聚多巴胺微囊。这种方法运用正十二烷或低芥酸菜子油和含有,,，,缓冲液溶液中的多巴胺的两相系统，仅用,(,,分钟就能形成具尺寸分布很窄的,,,胶囊。这种微囊的尺寸取决于铜粒子的存在，当铜离子存在时微囊直万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 径为,,,,,，无铜离子参与时微囊的直径为,,,,,。此外，这种微囊可以包封如尼罗红等非水溶性物质，因而这种方法制备的聚多巴胺微囊可用于药物传递或成像领域中。,,等人报道了一种聚多巴胺纳米纤维【,,,，他们发现在多巴胺自聚合过程中，叶酸的存在使得聚多巴胺形成纳米纤维状，叶酸起到定向作用。 ,,,和他的同事们在多巴胺溶液中加入乙醇,氨水混合液，通过搅拌氧化自聚合形成,,,,,的聚多巴胺纳米颗粒，他们也第一次发现这种聚多巴胺颗粒能够吸收近红外光并转化为热量，其近红外光热转化效率高于纳米金【,,】。将这种具有近红外光热转化性能的聚多巴胺纳米球注入到,,,肿瘤模型,,,,,;小鼠中，利用——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 聚多巴胺颗粒光热性可有效杀死肿瘤细胞且不损害健康组织。 ,(,皮肤缺损修复 ,(,(,皮肤创伤愈合 皮肤伤口愈合是一个复杂的过程，涉及到可溶介质、血细胞、细胞外基质和实质细胞等变化，这一过程可以分为几个阶段:稳态,凝固，炎症反应，细胞增殖(肉芽组织形成)，再上皮化和重塑,,,，,,,。这些阶段的发生不会有严格的时间界限或明确的周期，且这些阶段可以重叠,,,(,,,。且过渡期取决于角质细胞、成纤维细胞、肥大细胞和巨噬细胞的成熟和分化，这些都是在伤口愈合过程中涉及到的重要的细胞,,,,,,,。 组织损伤后，纤维蛋白栓子形成以重新建立起内稳态，并且聚集的血小板分泌各种生长因子和细胞因子(如转化生长因子,,(,,,(,)和单核细胞趋化蛋白(,(,,,—,))，然后募集嗜中性粒细胞以及单核细胞至伤口部位。这些炎症细胞促使菌落刺激因子(,,,(,)，肿瘤坏死因子(,,,,,)和血小板衍化生长因子(,,,,)，这些因子为新组织的初步形成起到至关重要的作用【,,，,,】。再上皮化在损伤后的几小时就会出现。角质细胞以及活化的成纤维细胞能够响应生长因子的作用，从伤口的边缘部位迁移至增殖和构建细胞外基质的伤,,部位，从而加快伤口的闭合,,,，,,,。最初的细胞外基质会逐渐被有新生血管形成的胶原基质所取代【,,】。血管生成因子，例如成纤维细胞生长因子(,,,)，血管内皮生长因子(,,,,)以及血小板衍化生长因子(,,,,)——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 都可以通过刺激巨噬细胞和内皮细胞产生碱性成纤维细胞和血管内皮细胞促进血管生万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 成,,,，,,,。蛋白酶表达和活化在血管生成的过程中十分必要。当伤,，区域充满新生肉芽组织，血管停止生成并且新生血管细胞开始凋亡。伤口愈合过程中最后一个阶段的特征是之前形成的前期形成的肉芽组织逐渐退化，真皮再生,,,，,,】。 表,(,创伤愈合的基本过程 ,(,(,皮肤伤口敷料 近年来，材料学和医学的快速发展使得创面敷料发生了划时代的变化，多种新型敷料应运而生并被应用于临床,,,】。人们对伤口修复愈合过程的充分理解与材料技术的不断进展推动了医用敷料的发展与创新,,,】。医用新型敷料是根据湿润愈合理念研制的’厶邑保持创面湿润。,,,,年伦敦大学的,,,,,,等人通过动物实验证实湿性环境下的伤口愈合速度比干性愈合快,倍。,,,,年,,,,,,等人进行人体研究，证实湿性愈合的科学性。,,世纪,,年代“湿性伤口愈合”观念逐渐被广泛接受,,,】。医用敷料结合生物、生理、手术、护理和营养等多方面的先进知识，同时把患者对敷料的物理、,临床等实际需求应用到敷料的材质选择和形态设计中。应用中的实际需求包括:防止痂皮形成，不粘连新生成的肉芽组织，有利于纤维蛋白及坏死组织的溶解，创造低氧环境，促进毛细血管生成，促进多种生长因子释放并发挥活性以及减少瘢痕形成等。——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 医用新型敷料主要包括生物敷料、合成敷料和组织工程创面覆盖物。 这里主要对水凝胶类敷料进行介绍。 水凝胶类敷料是由水溶性高分子材料或其单体形成的一种具有三维网状结构且不溶于水的胶状物质。水凝胶表面光滑，生物相容性好，吸收能力强，与组织接触时可发生反复水合作用，把组织中的水分吸收到敷料中，可连续吸收创面的渗出物，然后形成凝胶，更换时不会粘连。水凝胶敷料能与不平整的创面紧密黏合，减少细菌滋万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 生的机会，防止创面感染，加速新生血管生成，促进上皮细胞生长。水凝胶的主要作用为自体清创，机制是在潮湿环境中依靠创面自身渗出液中的胶原蛋白降解酶分解坏死物质。有研究表明水凝胶能够保护创面，避免脱水干燥。一些有皮肤缺损的创面，例如植皮、擦伤、烧伤等适合使用片状水凝胶，这种水凝胶敷料能够运用在创伤、溃疡等创面的治疗。水胶体敷料比薄膜类敷料厚许多，胶层的厚度决定其吸收能力的大小，水凝胶敷料可吸收少量的渗出液。 该类敷料的作用主要为吸收渗液和部分清创作用。机制为水胶体的亲水微粒与创面渗出液相互作用，在创面表面形成一层湿润的胶状物，从而防止细菌入侵。需注意有些水凝胶敷料并不透明，且难以使空气透过，换药时会有异味，用生理盐水冲洗创面气味即可消失。使用水凝胶敷料的早期有时候可能发现创面反而扩大，这是敷料的清创作用所致，属正常现象。当创面深度超过,,,,,，应首先选用合——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 适的材料填充空穴，再使用水胶体敷料,,,】。主要适应于，、，，期压疮的预防与治疗，烧伤、整形供皮区的治疗,,,】，各类浅表外伤口和整形美容伤口的治疗，慢性伤口上皮形成期及静脉炎的预防与治疗等【,,】。 ,(,本论文研究目的、研究内容及创新 ,(,(,本论文研究目的 水凝胶在生物医学工程领域应用广泛，随着技术和需求的发展，水凝胶在满足功能性的同时还应具备智能性，即对外界环境刺激作出有响应的能力。众多刺激响应类型中，近红外因其穿透性强、方便可控、非介入等优势在生物医学领域有很大的应用前景。然而，传统智能水凝胶中近红外响应型材料，如纳米金、氧化石墨烯、碳纳米管，存在生物相容性和组织亲和性欠佳的问题。同时，这些水凝胶在临床应用中也存在许多实际问题，例如难以紧密粘合组织，在水凝胶中负载的生物活性分子易于流失，限制了其在生物医学中的应用。针对这些问题，本课题以温敏惰性水凝胶为基，引入仿贻贝材料,,,,,,，使水凝胶具有近红外多重响应性的同时也具有生物相容性、组织粘附性及药物亲和性。 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 ,(,(,本论文研究内容 本论文以具有生物惰性和温敏性地高分子与生物相容性良好的聚多巴胺颗粒为组分，运用自由基聚合的方法制备近红外智能水凝胶，——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 并进一步在其表面修饰聚多巴胺颗粒涂层。对这些水凝胶的形貌结构、近红外响应特性、粘附强度、作为载体释放生物活性分子等方面进行了考察，同时对其开展了细胞学评价和动物学评价。 本论文的主要研究内容如下: (,)通过氧化自聚合的方法制备聚多巴胺纳米颗粒，表征其形貌以及光热转化效果; 并将其引入到温敏性,,，,,,水凝胶中，结合,,,,,,的近红外响应性，得到具有近红外刺激响应效应的,,,,,,，,,,复合水凝胶。分别从近红外药物释放、近红外驱动水凝胶、近红外辅助断裂水凝胶修复这三个方面评价该复合水凝胶的智能性。 (,)利于含有大量功能基团的聚多巴胺颗粒对,,,,,,，,,,复合水凝胶进行表面修 饰。通过水凝胶与猪皮的粘附强度测试、水凝胶对碱性磷酸酶(,,,)和表皮生长因子(,,,)的释放表征和水凝胶对成纤维细胞的毒性测试，研究聚多巴胺表面修饰对水凝胶的组织粘附性、因子释放性能和细胞毒性的影响。 (,)设计并开展动物实验，研究上述不同水凝胶对大鼠背部,毫米直径尺寸的皮肤缺 损修复能力。植入,周后，通过创面闭合比率、,,,,,,,,,组织学的相关表征评价不同水凝胶对皮肤愈合的促进效果。 ,(,(,本论文主要创新点 本学位论文的主要创新点如下: ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- (,)与传统的以纳米金、氧化石墨烯、聚吡咯等材料为组分的近红外智能水凝胶相比， 本研究中的以仿贻贝材料和生物惰性高分子为组分的近红外响应型水凝胶，在生物相容性方面更有优势。其中，仿贻贝材料能够将近红外光转化为热量，生物惰性高分子能感应温度变化发生体积相转变，结合这两种材料的智能水凝胶除了具备良好的生物相容性以外，还具备近红外致动、药物控释和近红外辅助愈合的智能性。 (,)针对水凝胶在缺损修复应用中存在与组织粘附性差、难以固定生物活性物质的问题，本研究采用聚多巴胺颗粒表面修饰的方法使得聚多巴胺颗粒的功能性基团充万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 分暴露，显著增强水凝胶与组织的粘合强度，同时提高了固载蛋白质及生长因子的性能。 (,)通过皮肤缺损修复实验表明，经聚多巴胺修饰的智能水凝胶能够负载生长因子并 保持因子活性，起到加快伤口愈合的效果，因而该水凝胶作为皮肤敷料在缺损修复方面具有应用价值。 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 第,章,,异丙基丙烯酰胺复合聚多巴胺水凝胶的制备及 其智能性 ,(,刖吾 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 智能水凝胶中,,，,,,是一种常见的温敏材料，它的可逆相转变温度约为,,。,，接近于人体，且这一温度能够通过共聚其他高分子进行调节。然而，温敏水凝胶的刺激相应的发生需将水凝胶整体置于刺激环境中，在实际应用中受到了限制。因此，,,，,,,结合光热型材料形成的光刺激响应型水凝胶材料应运而生，这种水凝胶可作用于特定的面积和空间，易于控制。但是，这些材料光热型材料往往生物相容性欠佳或存在潜在的生物毒性。智能型水凝胶如果能在实现刺激响应的同时具备更好的生物相容性好，将会在生物医学领域中具有更大的应用价值。 近年来，智能水凝胶已从单一刺激响应发展多重刺激响应。多重体现在刺激源的多样性，如,,一温度响应、温度一光响应型水凝胶。然而，关于一种刺激源的多重响应的研究却寥寥无几，而在实际运用中，这种单一刺激源的多重响应更加贴近需求。 聚多巴胺作为一种仿贻贝材料具有良好的生物形容性和组织亲和性，有报道指出，聚多巴胺颗粒具有近红外吸收的光热转化效应。本章以聚多巴胺颗粒和,,，,,,复合的智能水凝胶作为研究对象，着重考察这种水凝胶的多重响应性及其潜在应用。,(,实验方法与材料表征 ,(,(,聚多巴胺纳米颗粒的制备 盐酸多巴胺、氨水(,,,?,,,)、乙醇均为分析纯。盐酸多巴胺购自,,,,,,,,,,,;,，氨水和乙醇购自成都市科龙化工试剂厂。所以试剂未经处理直接使用。 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 本文所用的具有近红外光热性能的聚多巴胺纳米颗粒是参考文献,,,】以及本课题组最近的实验工作,,,】，用氧化自聚合的方法制备。 合成聚多巴胺纳米颗粒的主要步骤:先将,,,的氨水和,,,,的乙醇溶于,,,,,蒸馏水中，在室温下充分搅拌。将,,盐酸多巴胺充分溶解于,,,,蒸馏水中，溶解完全后加入氨水与乙醇的混合液中，溶液颜色逐渐由黄棕色变为深棕色。在室温和避万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 光的环境中，持续搅拌反应,,小时。 分离纯化:为了得到均匀的聚多巴胺颗粒，需要将反应后的产物离心纯化，具体步骤为:,,,,,,,,转速下离心,,分钟，弃去上层清液，用乙醇分散下层沉淀后再进行离心，重复该步骤三次。置于干燥箱中干燥后得到聚多巴胺纳米颗粒。 图,,聚多巴胺颗粒合成示意图【,,】 ,,,,,,,,,，,,,复合水凝胶的制备 ,,异丙基丙烯酰胺(,,,,,)、过硫酸铵(,,,)、,,,，,(，,。(四甲基二乙胺(,,,,,)、甲叉双丙烯酰胺(,，,)均为分析纯，,,异丙基丙烯酰胺(,，,,,)购自,,,,,,,,,,,;,，其余试剂购自成都市科龙化工试剂厂。聚多巴胺纳米颗粒(,,,,,,)为 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 台成。聚多巴胺,聚异丙基丙烯酰胺(,,,,,,，,,,)复合水凝胶的采用原位自由基聚合的制备方法。具体步骤为:将,，,,，,,单体加入一定量的蒸——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 馏水中，搅拌使其分散均匀，再向此溶液中加入交联剂,,,和,,,,,搅拌溶解，之后加入不同质量的聚多巴胺颗粒，使得聚多巴胺颗粒的浓度为,，,,,,,,,，,,,,,,,，,,,,,,。超声搅拌使纳米颗粒在溶液中分散均匀。通氯气除去混合液中的氧气，防止氧气阻聚。在上述混合好的预聚液中加入引发剂,,,，混合后迅速倒入模具中，在低温(,,,)无氧的条件下反应聚合。,,小时后从模具中取出,,,,,,，,,,复合水凝胶，浸泡在蒸馏水中去除未反应完全的单体、引发剂和交联剂。 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 根据,,,,,,，,,,复合水凝胶中聚多巴胺纳米粒子加入的量，分别标记为,,，,,,、,(,,,,,,,，,,,、,(,,,蝴,，,,,、,,,,。,,,，,,,。 ,(,(,聚多巴胺纳米颗粒和,,,,,,，,,,复合水凝胶的性能表征,(,(,(,聚多巴颗粒光热转换测试 取聚多巴胺颗粒粉末超声分散在蒸馏水中，形成浓度为,(,,,,,,，,(,,,,,,。,,,,,,的聚多巴胺纳米颗粒分散液各,,,，并以,,,蒸馏水作为对照样。用近红外激光灯(,,,,,，,,,;,,)照射,,,秒，光源与液面间的距离为,,,,,。观察并纪录不同浓度的聚多巴胺颗粒溶液的温度随照射时间的变化情况。 ,(,(,(,扫描电镜 ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 聚多巴胺纳米颗粒的形貌表征:取少量均匀分散有聚多巴胺纳米颗粒的溶液，滴于光洁的硅片上并干燥，经过喷金后置于扫描电镜(,,,,,,,，,,,,，日本)下观察并拍照。 ,,脚,，,—蝴复合水凝胶微观结构的表征:取不同聚多巴胺纳米颗粒含量的,,,,,,，,,,复合水凝胶进行冷冻干燥(,,,,,,,,,，,,,,,,，美国)，取冷冻干燥后的水凝胶的断面，经过喷金后置于扫描电镜(,,,,,,,，,,,,，日本)下观察并拍照水凝胶内部结构以及聚多巴胺颗粒在水凝胶内的分布。 ,(,(,(,溶胀测试 选取,,，,—山，、,(,,,,,，,，,,,、,(,,,,,,,，,,,、，,,,,,,，,,,复合水凝胶为研究对象，测定溶胀比的平衡溶胀比。分别从质量和体积两个方面评价水凝胶的溶胀性能。 在质量方面，以冷冻干燥后水凝胶支架的质量作为干重，室温下将水凝胶支架浸泡在蒸馏水中，充分溶胀后测的水凝胶的重量。水凝胶平和溶胀比(,),(,。(,,)批,,,,,。其中,,表示充分溶胀后的水凝胶用滤纸吸干表面蒸馏水后称量的质量，,,表示冷冻干燥后的水凝胶支架的重量。 在体积方面，以冷冻干燥后的水凝胶支架的体积作为原始体积，室温下将水凝胶支架浸泡在蒸馏水中，充分溶胀后测的水凝胶的体积。水凝胶平和溶胀比(,),(,广,,)?,×,,,,。其中,。——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 表示充分溶胀后的水凝胶水凝胶的体积，,,表示冷冻干燥后的水凝胶支架的原始体积。,(,(,(,粘弹性测试,流变性能 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 因为水凝胶兼有固体和液体的性能，运用流变仪可以检测凝胶的流体力学行为，研究聚多巴胺颗粒的引入对水凝胶的储能模量和耗散模量的影响。被测样品为,,，,,,、,(,,,,,,,，,,,、,,,,,,,，,,,。被测样品处在直径为,,,,，间隙为,(,,,的平行不锈钢圆片之间。首先通过,。,(,,,,的应变扫描确定出水凝胶的线性粘弹性范围。然后在这个线性范围内设定一个常数，从,(,,,,,,,,的频率扫描测量剪切弹性模量(,’)和损耗模量(,”)。所有测试均在,,。;下完成。 ,(,(,,,,,,,，,,,复合水凝胶的近红外响应特性表征 ,(,(,(,近红外致动动响应 制备双层水凝胶，一层为,,,,,,,，,,,水凝胶，另一层为,,，,,,水凝胶，都运用原位自由基聚合的原理，具体步骤为:第一层,,,,,,,，,,,水凝胶的制备方法如,(,(,所述。将配置好的含有,,,,,,聚多巴胺颗粒的溶液的,,,,,,,，,,,溶液除氧后倒入实验室自制模具，低温反应成型,,,后的片层水凝胶(玻璃板制成的间距,,,的腔室)，第二层为,,，,,,水凝胶，将,,，,,,预聚液脱氧后倒入刚才的模具中，——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 充满剩余的,,,的间隙空间，形成了双层结构的水凝胶，两层各,,,厚。将宽度为,,,的双层水凝胶的一端固定，另一端自然下垂，然后用近红外激光照射双层水凝胶含有聚多巴胺颗粒(,,,,,,,，,,,)的一面，观察在照射过程中双层水凝胶的变化。 ,(,(,(,近红外控制释放药物 将冷冻干燥后的水凝胶凝胶支架浸泡在含一定浓度可溶性地塞米松(,,,)溶液中，溶胀三天后完成药物装载。装载效率可通过干凝胶与溶胀后水凝胶的质量变化换算得到。通过红外照射开关以及辐照时间(近红外激光辐照,分钟)控制智能复合水凝胶中水溶性地塞米松(,,,)的释放。将此含有,,,的,,,溶液等比例稀释并用紫外一可见光分光光度计(,,,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,)测量,,,,,,,处吸光度，从而分析近红外辐照对智能释放的影响。 ,(,(,(,近红外响应自修复性能 选取,,，,,,，,(,,,,,,,，,,,，,(,,,,,,,，,,,，,,,,,,,，,,,作为近红外辅助修复水凝胶的研究对象，其中纯,(异丙基丙烯酰胺水凝胶为对照组。水凝胶制备为,厘米半径的片状。将完整的片状水凝胶用刀片切段，然后将切口处对齐，断面贴合紧密后用近红外激光(,,,,,，,,,;,,)来回照射贴合的断痕处，近红外激光万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 源与水凝胶间距为,厘米，照射时间,分钟。照射完成后用镊子——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 分别提起四组水凝胶，肉眼观察修复后的水凝胶能否抵抗重力作用，初步定性评估修复不同组的修复效果。通过测试未经破坏水凝胶和近红外辅助修复后水凝胶的拉伸强度，定量分析近红外辅助修复后水凝胶的修复效率。 ,(,结果与讨论 ,(,,聚多巴胺纳米颗粒的形貌及光热转化性能 (,, , 图,,,聚多巴胺纳米颗粒的表征:,,)颗粒形貌表征，(,)聚多巴胺纳米颗粒溶液在 近红外照射,,,秒的条件下的温度变化情况。 氧化自聚合法形成的聚多巴胺纳米颗粒的形貌结果如图,,,所示。制备出的聚多巴胺纳米颗粒的平均粒径大约为,,,,,(图,,,,)，从图中可以看到纳米粒子粒径均一，分散比较均匀。该颗粒大小可通过调节氨水与多巴胺的摩尔比来控制,,,,。图,—,,表示利用温度变化反应的聚多巴胺纳米颗粒的近红外吸收光热性能，,,,,,,,,，,,,),,，,,,,,,三组不同浓度的聚多巴胺颗粒分散液(,,,)随着近红外激光的照射，在两分钟时间内温度均有升高。随着颗粒的浓度提高，聚多巴胺溶液的升温速率越来越快。三组溶液分别照射,,,秒后，分别升温了,,,。;、,,。,和,,,。,，作为对照组的蒸馏水，同样照射,,,秒后，无显著性温度上升。这一实验结果与,,,课题组的研宄结论——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 相似，但在相同时间相同浓度条件下的升温程度不同。,,,等人的实万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 验结果【,,】表明聚多巴胺颗粒在,,,秒的近红外照射下升温约为,,,,，而本实验中温度升高,,,。,。造成差异的原因可能是:,，聚多巴胺颗粒粒径不同;,，聚多巴胺分散液的容器不同，因而存在容器的导热系数以及表面积对温度升高速度的影响，这一点在对照组的升温情况中就能看出。与,,,等人的研究结果相同之处在于，相比于对照组，聚多巴胺颗粒分散液在近红外照射下温度迅速升高，且与聚多巴胺颗粒浓度相关，证明聚多巴胺颗粒具有的近红外吸收光热转化性质。 ,(,,,,,,,,，,,,复合水凝胶理化性质 图,,,,,,，,,口,,复合水凝胶的溶胀性能。(,)体积溶胀比;(,)质量溶胀比分别从水凝胶的体积变化和重量变化两个方面表征不同含量聚多巴胺颗粒的溶胀情况。图,(,,表示水凝胶的体积随时间变化的情况。与,,，,,,水凝胶相比，含聚多巴胺颗粒的的水凝胶的体积变化程度明显不明显，在水溶液中有更好的体积稳定性。并且,,,,,,,,,,,,，,,,,坍,，,,,，,,,,,,,，,,,三组水凝胶的体积变化程度随聚多巴胺颗粒含量的增大而降低，说明聚多巴胺颗粒在水凝胶的溶胀过程中起到抵抗体积变化的作用。图,(,,表示水凝胶平衡后的的的重量变化情况，四组冷千的凝胶在水溶液中的吸水达到平衡后，,,，,,——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,水凝胶重量变化程度最大，含聚多巴胺颗粒最多的,,,,,,,，,,,水凝胶的重量变化程度最小，聚多巴胺颗粒的引入降低了水凝胶的溶胀程度，与体积溶胀比变化所得结果相对应。 ,,,等人通过在海藻酸盐中引入多巴胺形成海藻酸一邻苯二酚水凝胶，该水凝胶的溶胀性能和模量可通过海藻酸一邻苯二酚含量控制，需要指出的是，与传统海藻酸盐水凝通过钙离子交联不同，该水凝胶不引入金属离子，而是利用氧化邻苯二酚聚合起到交联作用。这说明水凝胶的交联过程中，多巴胺中的邻苯二酚基团能够视为交联万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 点。因此，通过上述报道，我们推测在本实验中，水凝胶包含的邻苯二酚基团随聚巴胺颗粒含量的增加而增加，因而水凝胶的交联程度越来越大，溶胀过程中抵抗变形的能力越来越强【,,】。 矗 邑,,,, , , , 矗 , ,? 口(,,,, ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,(,,,,) 图,(,,,，,,,，,(,,,,,,,，,,,，,(,,,,,,,口,,，,,,,,,,，,,,三组水凝胶的,,,,下的粘弹性。实心符号代表储能模量,,，空心符号代表损耗模量,”。 利用动态模拟表征出的水凝胶的粘弹性能可以看出，随着频率的增加，储能模量和损耗模量都有轻微的增加且没有突变，这是由于水凝胶交联后阻碍聚合物分子链的滑移，因而储能模量和损耗模量受频率影响较小。从图,(,中还可看出三组水凝胶的储能模量为损耗模量,,倍左右，表明这些水凝胶均为弹性体。此外，水凝胶的储能模量随着聚多巴胺颗粒的增多有所提高，这可能是由于聚多巴胺颗粒表面包含丰富的官能团，起到类似交联点的作用，交联点密度的增加使得交联强度增强和高分子链的柔性降低，因此储能模量增加。有相关文献报道，储能模量,,随着交联剂摩尔比的增加而变大,,,】。通过氧化邻苯二酚形成的海藻酸一邻苯二酚水凝胶，随着海藻酸一邻苯二酚含量增大，储能模量显著提升，证明了多巴胺的邻苯二酚基团对储能模量有提高的作用。 万方数据 ,要銮鎏銮:罂圭譬耋圭兰竺鲨銮要::墨 ,(,,近红外刺激对水凝胶的体积和形貌的影响 ‘??? ??? ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- ,?? 蚴 ,一 图,,,不同聚多巴胺颗粒含量的水凝胶的近红外刺激形变响应以及内部结构。(,),,，,,,，,,,,,，,,,,,，,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,，,,,的初始形态,(,)近红外照射,分钟后四组水凝胶的形态,(;)将四组水凝胶浸泡在水中冷却,小时后水凝胶的形态:(,，,，,),,,,,,,，,,,水凝胶在初始状态、近红外照射,分钟，冷却,小时相对应的扫描电镜图像;(,)近红外照射后,,，,,,的宏观以及微观形貌(,)近红外照射后,,,,,,,，,,,的宏观以及微观形貌。 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 将制备出的聚多巴胺纳米颗粒掺杂到水凝胶的预聚液中形成,,,,,,，,,,近红,(,,,删，,剐?，外智能型水凝胶，含量分别为,，,(,,,,,,，,(,,,,,,,，,,,,,,，分别标记为 ,(,,,,,,,，,?,,，,,,,卯，,，,,,。图,(,,、,图表示,,，,,,， ,(,,,,,,,，,,,，,(,,,,,,,，,,,，,,,,,,,，,,,四组水凝胶分别在近红外照射,分钟后的——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 宏观体积变化，我们从中发现在近红外照射后，含有聚多巴胺的水凝胶体积收缩，且随着聚多巴胺含量的增加，水凝胶的收缩程度也越来越明显。这是由于聚多巴胺含量越高，相同时间内吸收近红外转化的热量越高，,,，,,,收缩越明显。图,(,;显示收缩后的水凝胶在冷水中浸泡后体积回复到初始大小，这是由于水凝胶在低温(低于,,,,)环境下重新溶胀，说明,,,,,,，,,,具有近红外刺激的形变可重复性。这种体积收缩一回复现象在余书宏课题组的很多研究报道中可以得到印证。例如，他们分别将四氧化三铁和氧化石墨烯引入到具有温敏性的,,，,,,水凝胶中，其中的制备了四氧化三铁和氧化石墨烯起到近红外响应的作用，将近红外光能转化为热能，从而控制水凝胶的体积变化，应用于微流控阀,,,,,，,,,。 选取近红外照射后体积变化最明显的,,,,,,,，,,,水凝胶进行微观结构的考察。从,,,,,,,，,,,的微观形貌的变化图,(,,(,可以看出，水凝胶的初始结构是较为均一的交互网络状结构，孔洞大小约为,,,,,，近红外照射以后，内部的网络结构明显坍塌收缩，而经过冷却溶胀后的水凝胶，又能够回复到初始网络状结构。从,,,删，,,蝴内部网络结构的变化反映出宏观体积变化的原因。 与,,，,,,水凝胶表面光滑的网络结构相比，,,,,,,,，,,,水凝胶内部能明显观察到被,,，,,,高分子包裹的聚多巴胺纳米颗粒的存在(图,,,,)。已有的关于掺杂颗粒的近——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 红外响应型水凝胶中，如聚吡咯颗粒,,,，,,,水凝胶,,,】、纳米金,,,，,,,水凝胶【,,】。其中的聚吡咯颗粒和金纳米颗粒均匀的分散于,,，,,,水凝胶中并被其包裹。近红外辐照后，与,,，,,,水凝胶内部形貌相比，,,,,,,,，,,,水凝胶网络结构明显坍塌导致网孔消失，这说明聚多巴胺颗粒对近红外响应性起到了关键作用。 万方数据 登要塞鎏銮兰罂圭:鳖兰:兰鲨三至::至 ,,，，,„。,。,。,?。盎:。。((二,。?。? 图,,,,,,,,,，,,,水凝胶的近红外刺激水凝胶体积收缩率及其近红外刺激温度变 化的可重复性。(,)包含不同浓度的聚多巴胺颗粒的水凝胶(,,，,,,， ,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,,，,,,,,,,,，帅,,)在近红外照射,分钟后的体积收 缩比率;(,)随着近红外激光的开关循环，包含不同浓度的聚多巴胺颗粒的水凝胶 (,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,，,,,)的温度变化情况。 ,,,,,,，,,,复合水凝胶对于近红外的刺激有体积收缩的相应变化，并且这一变化具有可重复性。图,,,,结合图,,,,可以看出，随着水凝胶中聚多巴胺颗粒的含量的增加，水凝胶的——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 体积收缩程度越来越明显，相较于对照组,,，,,,无体积变化，,,,,,，,,，,,,、,,,,,,,,，,,,、,,,,,,,，,,,在相同的近红外照射时间下体积收缩比分别约为,,,、,,,和,,,。受近红外照射收缩的水凝胶在冷水中重新溶胀后，再次进行近红外刺激，如此反复，并在近红外照射完成和冷却溶胀完成后测定水凝胶的温度，结果如,,,,所示，水凝胶的温度随近红外的开关循环式地升高降低。在,分钟照射结束后，,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,，,,,组水凝胶的温度均超过,,,,，到达了平均,,,,;、,,,,;和,,,;，包含聚多巴胺颗粒浓度越高的水凝胶近红外照后升温越高，这一结果与图,(,,相互印证。这种近红外刺激响应的可重复性与余书宏课题组的研宄结果类似,,,，,,,。 万方数据 登壹耋鎏銮兰至圭竺耋兰兰兰鲨耋 ,(,星::要,近红外驱动水凝胶 蒜卜可,,,,,,,,,,,, ,,厂曼泛,,。图,,,近红外驱动双层水凝胶制动弯曲的示意图和实物图，双层水凝胶由,,，,,, 和，,,,,,,，,,,组成。 将,,，,,,和，,,,,,,，,,,组成的双层水凝胶(,,,,,,,,,,,,,)一端用夹子固定，用近红外光定点持续照射样品的中间某处，在最开始的,,秒，双层水凝胶没有明显——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 的变化，之后双层水凝胶开始向形变收缩一侧弯曲。这一现象是由于聚多巴胺颗粒吸收近红外光迅速转化为热量，致使,,,,,,,，,,,水凝胶受照射后开始收缩形变，而,,，,,,水凝胶近不受近红外影响不产生形变。不均匀收缩使得双层水凝胶侧弯。由于,,,,，帅,,的急剧收缩，可以观察到水凝胶中被挤压出的水滴。还可通过控制辐照时间长短以及照射位置控制该水凝胶的运动，因此这种响应型水凝胶能够实现可控运动，相较于以往在水溶液环境中驱动水凝胶运动，近红外激光可远距离控制，更为灵活。类似这种以双层水凝胶收缩不一致性引发弯曲运动为原理的致动器有很多，能够完成“抓取”、“爬行”,,,】、“游动”【,,,等行为。以上的对,,,,,,，,,,的智能性表征说明该水凝胶在软性机器人、微流控组份、传感器和人工肌肉方面具有前景,,,，,,,。 万方数据 叠壹耋兽盔主罂圭竺耋圭兰竺鲨三 ,(,墨::圣,近红外控制释放药物 ,, —,, 享 , 主,,器 岂,, ; ——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 号,, , , ,蛐 , ,,,,(,,,,) 图,,,,,，,,,、,,,,,,,,，,,,、，,,,,,,，,,,水凝胶感应近红外开关刺激的地 塞米松的释放(水凝胶是直径,,毫米高度,毫米的圆柱体) 从图,,,的释放曲线可以看出含有聚多巴胺颗粒的水凝胶对近红外的刺激有响应性，实现控制释放。髓着近红外激光的开关循环，,,,,,,,,，,,,、，,,,,,,，,,,水凝胶的阶梯式的药物释放。在第一次近红外辐照时，相比于对照组,,，,,,水凝胶，含有聚多巴胺颗粒的两组水凝胶能够释放出更多的地塞米松，在近红外激光关闭后，各组的释放均趋于平稳。在第二次近红外辐照时，,,,,舯,，,,,、，,,,,,,，,,,两组水凝胶仍比对照组的地塞米松的释放量更大。两次近红外刺激后，含有聚多巴胺颗粒的两组水凝胶的地塞米松累计释放量约为,,,，而,,，,,,水凝胶的地塞米松累计释放量约为,,,。结合图,,,的内插图和图,(,可以看出，受到近红外照射后,,,,,，,,，,,,、,,,,,,,，,,,两组水凝胶结构崩塌并收缩，这一过程使得水凝胶中的模型药物释放，表现出刺激响应性的阶梯释放。类似——————————————————————————————————————————————— --------------------------------------------------------------------------------------------------- 的，,,,,,,,,,等人将碳纳米管与,,，,,,相结合制备出一种可通过电刺激实现药物脉冲式释放的水凝胶,,,,，在电刺激作用下不含有碳纳米管的水凝胶微观结构无明显变化，而碳纳万方数据 置壹耋鎏銮主翟圭至耋兰:兰鲨三 冲式的释放。至::墨米管,,,，,,,水凝胶结构受到破坏，这种内部结构的坍塌受损致使模型药物出现脉 ,(,,近红外辅助自愈合 „,(),璺,璺 (,(,(?专一?专?一面葡?一氟番隰,?一,„帅 图,,,,,,，,,,，,,,,,,,,，,,,，,,,,,,,,，,,,、,,,,,,,，,,,水凝胶的近红 外响应修复情况以及原始水凝胶与修复后水凝胶的力学强度 ———————————————————————————————————————————————