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摘 要

胶原蛋白是动物和人体中最硬、软组织的主要结构蛋白，胶原蛋白可以从多种来源提取和纯化，具有较低的免疫原性、多孔结构、良好的渗透性、生物相容性和生物降解性。由于这些优良的性能，胶原水凝胶在组织工程中得到了广泛的应用。然而，胶原蛋白水凝胶的力学性能较差，在一定程度上限制了其应用。为了克这一缺点，胶原蛋白水凝胶可以通过化学或物理方法交叉连接，也可以用天然或合成聚合物或无机材料进行改性。所以本实验选择碳纳米管作为增强材料，自从 20 世纪末科学家发现了碳纳米管后，它就得到了广泛的研究与应用。研究发现，碳纳米管具有高机械强度和比表面积、等优异特性。而本研究利用碳纳米管来增强水凝胶。研究结果表明，碳纳米管的引入，在不影响胶原水凝胶内部结构和生物相容性的同时，能显著提高胶原说凝胶的力学性能。因此，碳纳米管增强胶原水凝胶具有良好的应用前景。

关键词:水凝胶;胶原;单壁碳纳米管;组织工程

Preparation and study of collagen hydrogel reinforced by carbon nanotubes

Abstract

Collagen is the most hard and soft tissue structure protein in animal and human body. Collagen can be extracted and purified from a variety of sources. It has low immunogenicity, porous structure, good permeability, biocompatibility and biodegradability. Because of these excellent properties, collagen hydrogels have been widely used in tissue engineering. However, collagen hydrogels have poor mechanical properties and limited their application to a certain extent. In order to overcome this shortcoming, collagen hydrogels can be interconnected by chemical or physical methods or by natural or synthetic polymers or inorganic materials. Therefore, this experiment chooses carbon nanoscale. Tubes as reinforcement materials have been widely studied and applied since the discovery of carbon nanotubes in the late 20th century. It is found that carbon nanotubes have excellent properties such as high mechanical strength and specific surface area. In this study, carbon nanotubes were used to enhance hydrogel. The results show that the introduction of carbon nanotubes can significantly improve the mechanical properties of collagen hydrogel without affecting the internal structure and biocompatibility of collagen hydrogel. Therefore, carbon nanotube enhanced collagen hydrogel has a good application prospect.

Keywords: hydrogel; collagen; single walled carbon nanotubes; tissue engineering

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅰ

第一章 文献综述 1

1.1组织工学的定义及其应用意义 1

1.1.1组织工程中的生物材料研究 1

1.2细胞与生长因子 2

1.2.1干细胞 2

1.2.2脂肪间充质干细胞 2

1.2.3生长因子 3

1.3组织工程支架 4

1.3.1组织工程多孔支架 4

1.3.2电纺丝 4

1.3.3水凝胶 5

1.4人工合成水凝胶研究进展 5

1.5天然生物材料水凝胶及研究进展 6

1.5.1壳聚糖水凝胶 6

1.5.2透明质酸水凝胶 6

1.5.3琼脂糖水凝胶 7

1.5.4胶原水凝胶 7

1.6碳纳米管 8

1.7小结 8

第二章 单壁碳纳米管增强胶原水凝胶 9

2.1实验药品 9

2.2实验仪器 10

2.3实验方法 11

2.3.1实验试剂配制 11

2.3.2实验步骤 12

第三章 实验结果与讨论 14

3.1实验结果 14

3.2力学性能检测 15

3.3扫描电镜表征(SEM) 16

3.4光学显微镜表征 17

3.5细胞生物学表征 18

3.6小结 19

第四章 总结 20

参考文献 21

致谢 24

1. 文献综述

1.1组织工学的定义及其应用意义

组织工程学，也有人称其为“再生医学”，是指利用生物活性物质，通过体外培养或构建的方法，再造或者修复器官及组织的技术。这个概念由美国国家科学基金委员会在1987年提出，在此后多年间快速发展。 组织工程学涉及到生物学，材料学和工程学等多学科；目前已经能够再造骨、软骨、皮肤、肾、肝、消化道及角膜、肌肉、乳房等组织器官。组织工程学是应用细胞生物学、生物材料和工程学的原理，研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的生物活性替代物的一门科学。人体组织损伤、缺损会导致功能障碍。传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康组织为代价的办法，会导致很多并发症及附加损伤；人的器官功能衰竭，采用药物治疗、暂时性替代疗法可挽救部分病人生命，但供体器官来源极为有限，因免疫排斥反应需长期使用免疫抑制剂，由此而带来的并发症有时是致命的。自80年代科学家首次提出“组织工程学”概念以后，为众多的组织缺损、器官功能衰竭病人的治疗带来了曙光。

1.1.1组织工程中的生物材料研究

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