论文总字数：19423字

摘 要

本文首先对水凝胶的性质、应用和合成方法进行简述，总结了γ-聚谷氨酸水凝胶的成胶方法、在不同领域中的应用及其发展前景，实验操作部分：将γ-聚谷氨酸（γ-PGA）分别与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA）和半胱氨酸（CYS）反应，进行接枝共聚，制得γ-PGA-GMA和γ-PGA-SH聚合物；之后通过将两种产物的溶液混合发生迈克尔加成反应得到γ-PGA-GMA/γ-PGA-SH复合水凝胶并对其进行表征测定，包括核磁共振氢谱表征、扫描电镜分析、压缩性能分析以及溶胀性分析。在实验过程中发现，可通过改变共聚物的浓度来控制水凝胶的性质，如胶凝时间，微观形态，溶胀率。通过迈克尔加成法制备的基于多肽的功能化γ-PGA水凝胶，无需添加任何有害试剂（例如引发剂，天然生物中某些未识别的酶）或催化剂，具有优异的生物相容性，该方法有效地拓展了γ-PGA水凝胶在3D细胞支架中的应用。

关键词：γ-聚谷氨酸 半胱氨酸 水凝胶 生物相容性

Preparation and application of polyamino acid-based hydrogels

Abstract

This article briefly describes the properties, applications and synthesis methods of hydrogels, and summarizes the gel forming methods, applications and development prospects of γ-polyglutamic acid hydrogels in different fields.Firstly,γ-polyglutamic acid (γ-PGA) was modified with glycidyl methacrylate (GMA) and cysteine (CYS) respectively to carry out graft copolymerization to prepare γ-PGA-GMA and γ-PGA-SH polymers; Secondly,the characterizations, including nuclear magnetic resonance hydrogen spectroscopy, scanning electron microscopy analysis, and compression performance analysis and swelling analysis were conducted. During the experiment, it was found that the properties of the hydrogel can be adjusted by tranforming the concentration of the copolymer, such as gel time, microscopic morphology, and swelling rate. The polypeptide-based functionalized γ-PGA hydrogels prepared by Michael addition reaction had need to add any harmful reagents (such as initiators, certain unidentified enzymes in natural polymers) or catalysts, and possess excellent biocompatibility. This preparation effectively expanded the application of γ-PGA hydrogel in 3D cell scaffolds.

Key words: γ-Polyglutamic acid; Cysteine; Hydrogel; Biocompatibility

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1 水凝胶 1

1.2.1 物理交联法 2

1.2.2 化学交联法 2

1.2.3 酶促交联法 3

1.3 γ-聚谷氨酸水凝胶的应用 3

1.3.1 生活用品 3

1.3.2 食品包装、物流 3

1.3.3 环保、农林园艺 4

1.3.4 生物医学领域 4

1.4 γ-聚谷氨酸水凝胶的发展前景 5

1.5 本课题的研究内容及意义 6

1.5.1 研究内容 6

1.5.2 研究意义 7

第二章 实验操作部分 8

2.1 实验设备及试剂 8

2.1.1 实验设备 8

2.2.2 实验试剂 8

2.2 实验方法 9

2.2.1 γ-PGA水凝胶的制备 9

2.2.2聚合物的¹H NMR谱表征 10

2.2.3 γ-PGA水凝胶的形态表征 10

2.2.4 γ-PGA水凝胶的压缩性能测试 10

2.2.5 γ-PGA水凝胶的溶胀性能测试 11

2.2.6 γ-PGA水凝胶的生物学性能测试 11

2.2.7 NIH 3T3小鼠胚胎成纤维细胞的体外3D培养 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 γ-PGA水凝胶成胶影响因素分析 13

3.2 聚合物的¹H NMR谱表征 14

3.3 γ-PGA水凝胶的形态表征分析 15

3.4 γ-PGA水凝胶的压缩性能 16

3.5 γ-PGA水凝胶的溶胀性能 16

3.6 γ-PGA水凝胶的生物学性能 17

3.7 NIH 3T3小鼠胚胎成纤维细胞的体外3D培养分析 18

第四章 实验结论 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 概述

1.1 水凝胶

水凝胶(Hydrogel)是小分子链经过化学或物理等方法交联形成的三维网络聚合物，能够以水为分散介质，水分子在化学键的作用下被封闭在水凝胶网络中导致其不能够流动，因而水凝胶性质柔软，形状不容易改变，由于水凝胶中亲水的小分子的自由扩散,生物大分子的活性在水凝胶中保持时间较长,这使得大多数水凝胶表现出优良的生物适应性，并在生活用品、工业、食品包装、农业园林、医疗卫生等方面^[1]得到广泛应用。长期的研究发现，高分子若对水分子具备良好的亲和性或溶解性，经过交联就能够合成水凝胶。按高分子聚合物不同的交联形式，可分为物理水凝胶和化学水凝胶^[1]；按原料来源差异，水凝胶可分为天然水凝胶和合成水凝胶^[2]。本文主要研究聚氨基酸类水凝胶中的聚谷氨酸类复合水凝胶的制备及应用。

1.2 γ-聚谷氨酸水凝胶及其成胶方法

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