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水凝胶是一种理想的生物支架材料,可模拟细胞在体内的三维生长环境。同时,水凝胶也可以负载药物或生物活性分子用于组织工程修复或再生。然而,在应用的过程中,大部分水凝胶易产生应力裂纹,裂纹进一步发展会破坏材料内部结构的规整性和功能的完整性,很大程度上限制了其在组织工程和再生医学领域的应用。因此,开发新一代自愈合水凝胶具有十分重要的意义。同时,若水凝胶具有可注射性能,则可作为药物或细胞载体,直接将药物或细胞递送到病灶部位,促进组织修复。本课题基于氧化石墨烯纳米片(GO),设计制备了新型GO超分子自愈合水凝胶及可注射GO复合水凝胶,并分别将这两种凝胶体系作为药物载体和细胞三维培养支架进行了相关探索,主要研究内容如下:利用6-甲基异胞嘧啶和2-甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制备了超分子单体UPyMA,在GO纳米片层的悬液中与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚,构建了新型温敏GO超分子自愈合水凝胶(GO-HSH水凝胶)。流变和拉伸测试结果表明,该凝胶体系具有快速自愈合性能及温控生物粘性。25 ~oC条件下,GO-HSH水凝胶对猪皮的最大粘附力仅为0.69 N;37 ~oC条件下,凝胶对猪皮的最大粘附力高达1.3 N。SEM测试结果表明,温度可有效调控水凝胶内部孔结构。此外,GO-HSH水凝胶可用作药物载体,正常生理条件下,盐酸阿霉素(DOX)24小时累积释放量仅为22%,而在模拟肿瘤微环境(pH 5.5)条件下,DOX累积释放可达54%。细胞实验结果表明,从GO-HSH水凝胶中释放的药物保持有生物活性,可有效杀死肿瘤细胞。通过温敏纳米凝胶(tNG)与GO的自组装,构建了可注射GO复合水凝胶。依据红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)及紫外分光光度计(UV)测试结果推测,tNG/GO复合水凝胶的交联网络形成机理是tNG与GO之间的氢键相互作用。抗菌实验证实,tNG/GO复合水凝胶对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)都有很好的抗菌效果,嵌入10小时,tNG/GO复合水凝胶能杀死97.2±3.9%的E.coli和100%的S.aureus。此外,药物缓释结果表明,荧光标记的葡聚糖(FITC-dextran)从tNG/GO复合水凝胶中的释放速率随温度的变化而变化。tNG/GO复合水凝胶三维包裹小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs),培养3天,细胞的存活率高达95%以上,表明该凝胶体系有良好的生物相容性。