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索拉胶是南京理工大学分子代谢中心自行研制的一种水溶性微生物多糖,它具有优良的流变性能和良好的食用安全性以及抗氧化性,能够在饲料和食品领域作为添加剂而使用,也能够在制药领域作为预防以及治疗便秘的药物而使用。此外,索拉胶分子骨架中含有大量的羟基,易溶于水且便于进行化学改性。由于索拉胶多糖具有多种优异的性能,这使我们想到以索拉胶多糖为主要成分制备新型水凝胶等生物医学材料,探索广泛的生物医学领域应用的可行性。本论文利用索拉胶制备了一系列的水凝胶,对其理化性质例如形貌、热稳定性、机械性能、溶胀能力等进行了初步研究分析,并对其生物活性包括细胞毒性以及降解性能进行了探讨,为进一步研究和开发基于索拉胶多糖水凝胶在药物释放和组织支架等生物医学领域的应用打下了基础。论文的主要研究内容和结果如下:(1)新型索拉胶/聚乙烯醇冷冻-融合水凝胶(Salecan/PVA Freezing-Thawing hydrogels)用于细胞粘附针对纯聚乙烯醇冷冻-融合水凝胶孔过于致密且不易降解,不利于细胞粘附。将索拉胶多糖与聚乙烯醇网络进行互穿,将形成多孔的凝胶结构。在所形成的凝胶网络中,聚乙烯醇的羟基与索拉胶自身的羟基之间,可以形成氢键,以维持整个网络结构的机械性能。形貌表征证实了所制备的凝胶具有均匀的孔径(～10μm),通过改变单体与索拉胶多糖的比例以及冷冻-融合次数,能够更加精确的控制孔径,使得细胞粘附可以细化到具体的孔径范围。细胞粘附实验证明了COS-7细胞不仅能在纯聚乙烯醇表面进行吸附,而且可以在Salecan/PVA凝胶表面进行生长,得益于此凝胶均匀的多孔结构以及良好的生物相容性,证实了索拉胶水凝胶在组织工程的应用前景。(2)索拉胶/聚甲基丙烯酸半互穿网络水凝胶(Salecan/PMAA hydrogels)用于抗癌药物载体抗癌药物载体需要载体本身具备敏感特性,以满足药物可以在癌细胞的酸性环境下达到最大的释放而在血液和正常细胞环境中尽可能少释放。针对这一特点,将甲基丙烯酸单体引入到索拉胶为基础的水凝胶的网络体系中,通过引入大量的羧基,使得材料具备pH敏感的特性。由于抗癌药物阿霉素分子中具有氨基,因此可以与制备的凝胶羧基之间形成静电作用力,提高药物的吸附量。通过测定Salecan/PMAA凝胶在不同pH缓冲液中的吸水率,发现其具有pH敏感的特性:在pH 1.2～5的环境下处于收缩状态,而在pH7.4的条件下则达到最大的溶胀数值。在pH5和7.4的条件下进行阿霉素释放实验,发现药物在pH5的环境中,释放量以及释放速率明显高于pH7.4的环境,这说明了药物载体可以在癌细胞的环境下进行药物释放。细胞荧光成像实验证明了所释放的药物均可以被A549和HepG2癌细胞所吸收。细胞毒性实验证明了未负载药物的空白凝胶对于正常COS7细胞以及对A549和HepG2癌细胞是完全无毒性的,而负载药物的凝胶对A549和HepG2癌细胞有明显的毒性,证明了释放的药物可以杀死癌细胞,保持了药物的抗癌活性。Salecan/PMAA水凝胶也因此体现了在药物释放领域应用的潜能。(3)pH/温度双重响应的索拉胶/聚(甲基丙烯酸-co-异丙基丙烯酰胺)水凝胶(Salecan/poly(MAA-co-NIPAAm)水凝胶)用作药物载体在这里我们设计了一种新颖的半互穿聚合物网络(semi-IPN)水凝胶,将亲水性的索拉胶多糖掺入刺激响应的poly(MAA-co-NIPAAm)(PNM)水凝胶基质用于控制药物释放。在这项研究中,一方面,S alecan的加入明显改变了PNM凝胶网络的结构和孔径。另一方面,Salecan在调节PNM凝胶的水含量和水释放速率以及药物的释放速率中起着至关重要的作用。将抗癌药阿霉素(DOX)作为一种模型药物,装载到semi-IPN凝胶中,体外释放实验显示阿霉素的释放速率与所制备凝胶中索拉胶的含量以及释放介质的pH值和温度密切相关。细胞毒性实验证明了所有空白凝胶对HepG2和A549细胞是无毒的,而负载有DOX水凝胶所释放的药物保持了较高的活性并具有杀死这两种癌细胞的能力。这项工作为制备可控制药物释放速率的凝胶药物递送载体提供了一种新的方法。(4)新型pH响应型索拉胶-g-聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸水凝胶(Salecan-g-PAMPS水凝胶)的设计与制备2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的pKa值为2.6,将此单体引入到基于索拉胶多糖的水凝胶网络中,可以使凝胶具备pH敏感特性:人体内胃酸的pH为2左右,因此可利用AMPS作为胃部疾病药物释放的载体。我们研究了Salecan-g-PAMPS水凝胶中索拉胶的含量对其物理、力学和生物性能的影响。通过在不同的pH缓冲液中测定Salecan/PAMPS凝胶的吸水率,发现凝胶具有pH敏感的特性:在pH7.4的环境下处于收缩状态,而在pH 1.2的条件下则达到最大的溶胀数值。在pH 1.2和7.4的条件下进行胰岛素释放实验,发现药物在pH 1.2的环境中,释放量以及释放速率明显高于pH7.4的环境,这说明了凝胶药物载体可以在胃部细胞的环境下进行药物释放。细胞毒性实验证明了所制备的Salecan-g-PAMPS水凝胶对COS-7和HEK 293T细胞完全无毒性,材料体现出了良好的生物相容性,很有希望作为载体材料在口服胰岛素释放领域得到应用。(5)新型索拉胶/聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)水凝胶(Salecan/poly(AMPS-co-METAC)水凝胶)的设计与制备Poly(AMPS-co-METAC)(PAM)水凝胶吸水性较强,但是生物相容性较差,使其在组织工程和药物释放领域的应用受到极大限制。为了解决这个问题,利用PAM凝胶作为基质网络,索拉胶多糖作为线性分子与其互穿制备了Salecan/PAM semi-IPN水凝胶。扫描电子显微镜和流变实验的结果表明,材料的孔径和力学强度与索拉胶在凝胶材料中的含量密切相关。此外,通过对semi-IPN水凝胶溶胀行为系统的研究,结果表明它们具有pH敏感特性。我们选择胰岛素作为模型药物,进一步评价了这种semi-IPN水凝胶在负载和释放胰岛素方面的性能。发现当释放介质的pH从1.2升高到7.4时,负载胰岛素水凝胶的胰岛素释放显着加速。细胞毒性和细胞粘附实验证明了所制备的水凝胶生物相容性良好。这些特性意味着Salecan/PAM水凝胶很有希望被用作药物载体。