透明质酸水凝胶作为一种天然多糖类水凝胶,因其良好的生物相容性和生物调节功能,被越来越多的应用于生物检测与组织工程中。但天然分离得到的水凝胶仍存在机械性能不足、成胶速度慢等缺陷。有鉴于此,本论文从透明质酸衍生物出发,制备了具有快速成胶能力的水凝胶体系,一方面将透明质酸衍生物与生物探针结合,构建基于透明质酸水凝胶的生物传感器;另一方面就透明质酸水凝胶作为细胞培养基质,在促成骨分化方面的应用进行了探索研究。具体包括以下几个方面:(1)设计并合成了基于双透明质酸衍生物聚合交联的水凝胶材料,并对材料性能进行表征。通过使用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和高碘酸钠对透明质酸分子进行修饰,所获得的HA-ADH和HA-CHO两种透明质酸衍生物具有多个易于修饰的位点。通过将两种衍生物混合获得的透明质酸水凝胶交联速度快,胶体均匀且微观呈现疏松多孔的三维支架结构,溶胀实验中表现出极高的吸水性,显示出良好的应用前景。(2)将透明质酸水凝胶与基于荧光共振能量转移的生物探针结合,成功构建了葡萄糖响应传感器。使用超声乳化的方法制备包裹葡萄糖荧光探针的透明质酸水凝胶微球,该微球能够对样本葡萄糖水平进行荧光响应,通过检测在620 nm处的荧光强度变化可实现对葡萄糖浓度的精确检测。同时,该传感器具有极佳的抗干扰能力和长时间稳定的荧光响应,检测结果与临床金标准结果具有很好的一致性,表明其良好的实用性。(3)将基于荧光共振能量转移技术的荧光供体(FITC)和荧光受体(AuNPs)分别与两种透明质酸衍生物HA-ADH和HA-CHO进行偶联,所制备的水凝胶能够实现对透明质酸酶特异性响应。相比于传统透明质酸酶检测方法,该技术具有响应灵敏度高、响应范围宽、信号稳定等特点。由于透明质酸水凝胶具有良好的生物相容性,将其应用于肿瘤细胞三维培养中,能够对细胞分泌的透明质酸酶产生荧光响应,展现出原位监测细胞透明质酸酶外泌水平的应用潜能。(4)设计使用透明质酸水凝胶在细胞培养板上构建一层基质材料,可诱导成骨细胞MC3T3-E1的成骨分化。相比于常规的平板培养,生长在透明质酸水凝胶基质上的细胞呈现纺锤形,多细胞交织构成纤维状形态,细胞生长更为立体,细胞骨架分布高度集中。此类形态与骨组织中规则排列在纤维束层中的细胞非常相似。进一步研究发现细胞的成骨分化相关基因表达及细胞早期成骨分化标志物活性呈现明显升高,细胞内出现钙化结节的积累,呈现出明显的成骨特征。这一现象可能是透明质酸水凝胶基质的特殊形貌和材料性能刺激了细胞粘附相关基因的表达。此外透明质酸分子主要的细胞受体CD44也发挥了重要的调控功能。总之,本实验研制的透明质酸衍生物及制备的水凝胶能够应用于生物检测及骨组织修复中,并表现出了良好的稳定性、生物相容性及抗干扰性特征,为进一步的检测器研制及促成骨基质研究奠定了良好的基础。