摘 要

水凝胶不仅是一种细胞友好性材料，而且是水溶胀的聚合材料，保持独特的三维结构，是溶于水中的亲水性高分子，在生物制造领域被称为“生物墨水”。我们将丙烯酰化聚乙二醇与巯基化明胶进行化学反应，制备出力学性能和生物相容性兼优的水凝胶 。

首先，利用明胶分子上的羧基和胱胺二盐酸盐的氨基在缩合剂4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(DMTMM)的作用下发生缩合反应成胶，加入一定量的二硫苏糖醇(DTT)打断双硫键形成巯基化明胶；合成一定量的丙烯酰化聚乙二醇（PEGDA）,令二者发生化学交联反应，本论文进行复合水凝胶合成条件、有无交联剂筛选，在原具有良好生物相容性的基础上改良水凝胶的力学强度 。

关键词：巯基化明胶 丙烯酰化聚乙二醇 水凝胶

Abstract

Hydrogel is not only a cell-friendly material, but also a water-swollen polymeric material. It maintains a unique three-dimensional structure and is a hydrophilic polymer that dissolves in water and is called “bio-ink” in the field of bio-manufacturing. We chemically react acryloylated polyethylene glycol with thiolated gelatin to prepare hydrogels with excellent mechanical properties and biocompatibility [1].

First, using the carboxyl group on the gelatin molecule and the amino group of cystamine dihydrochloride as the condensing agent (DMTMM) The condensation reaction takes place under the effect of the reaction to form a gel, and a certain amount of dithiothreitol (DTT) is added to break the disulfide bond to form a thiolated gelatin; a certain amount of acryloylated polyethylene glycol (PEGDA) is synthesized to make both Chemical cross-linking reactions occur. In this paper, the synthesis conditions of hydrogels and the presence or absence of cross-linking agents were screened. The mechanical strength of hydrogels was improved on the basis of good biocompatibility.

Keywords: thiolated gelatin; acryloylated polyethylene glycol; hydrogel

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 3D生物打印水凝胶综述 1

1.2 水凝胶材料的分类 2

1.3 明胶基水凝胶 3

1.3.1 明胶的结构 3

1.3.2 明胶基水凝胶的研究现状 3

1.4 聚乙二醇基水凝胶简述 4

1.5 论文的目的与意义 5

第二章 实验机理和方法 6

2.1 巯基化明胶的合成原理 6

2.2 PEGDA的合成原理 7

2.3 巯基化明胶与PEGDA的复合水凝胶合成原理图 7

2.4 复合水凝胶的形貌表征 9

2.4.1 宏观表征 9

2.4.2 微观表征 9

2.5 复合水凝胶的结构表征 10

2.5.1 傅里叶变换红外光谱表征 10

2.5.2 核磁共振氢谱表征 10

第三章 巯基化明胶、PEGDA单体和复合水凝胶的制备 12

3.1 引言 12

3.2 实验仪器、设备及辅助材料 12

3.2 巯基化明胶的制备与表征 12

3.2.1 巯基化明胶反应合成步骤 12

3.2.2 巯基化明胶的表征及结果 13

3.3 PEGDA单体的制备与表征 14

3.3.1 PEGDA单体合成步骤 14

3.3.2 PEGDA单体的表征及结果 15

3.4 巯基化明胶－PEGDA复合水凝胶的制备 16

3.4. 1 实验材料 16

3.4.2 巯基化明胶－PEGDA复合水凝胶的制备方法 16

3.4.3 复合水凝胶的表征及结果 17

结语 19

参考文献 20

致谢 21

第一章 绪论

1.1 3D生物打印水凝胶综述

自从1954年第一次用肾脏成功器官移植以来，科学家们一直梦想能够制造器官。一直在等待适当的制造技术创造来自人工操作细胞，材料，生长因子（GF）和其他器官元件的组织和器官。

这些技术应该能够重建人体组织和器官的组成和结构复杂性。 生物打印技术的最新发展（以其高分辨率和高速结构而闻名）重新引起人们对应用这些新兴器官制造方法的兴趣。 “机器印刷”这个术语自2000年代开始就成为标准，指的是基于不同细胞系和生化促进剂沉积的三维（3D）结构构建技术的发展。

尽管单个组织系统已经成功地设计用于使用基本组织工程方法的各种应用，但是由多个细胞和组织组件组成的复杂组织的制造尚未建立。这是由于组织建设过程中遇到的各种挑战。其中一个挑战是无法重建天然组织的明确界定的细胞构型和功能。活组织含有多种细胞类型和以特定模式排列的各种细胞外物质，这些物质难以在体外复制。因此，组织工程和再生医学的一个重要目标是开发一种组织制造方法，该方法允许对各种放置的特定控制细胞和三维矩阵，以模仿天然组织结构的复杂性。正在出现新兴的“器官印刷”或“生物打印”方法进行调查以创建最初具有更明确的空间组织的组织工程构建体。基于最近的研究显示实施组织工程和生物应用的生物分子和细胞的生物打印的可行性和益处，器官打印站在组织工程的最前沿。

器官打印是组织工程，制造业，生物学和医学的自然发展。最近在这个领域的研究表明在打印活组织方面取得了很大的进展，尽管目前尚不能实现器官印刷，但在启动生物医学公司生产器官或器官部件以准备植入之前，估计会给出15— 20年的时间窗口。对于生物打印的更广泛的体内应用，有必要开发新材料和方法来制造允许操纵和植入的3D层叠印刷生物纸。下一步还包括改进生物墨水配方的印刷细胞在印刷过程中受损最小，并保持其特定的基因型和表型。生物组织和器官的计算机辅助逐层组装目前是可行的，快速发展的。

3D生物打印预计将成为组织工程的主要技术。器官印刷使用细胞自组装原理进入组织，类似于胚胎样组织分类和融合成发育生物学规则所规定的功能形式的方式。目前，多个组织正在积极致力于机构喷墨印刷技术的改进。由于价格实惠，喷墨生物打印技术可以受益匪浅。此外，从长远的角度来看，惠普，利盟，佳能和施乐等全球性公司都存在成熟的喷墨打印机技术。

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