Page 160 - 《精细化工》2023年第6期

·1310· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

hydrogels displayed good cell adhesion, proliferation and differentiation properties. When the dosage of
CNCs was 0.5%(based on the mass of OSA solution, the same below), the composite hydrogel showed the
best cell proliferation activity for MG63 cells, while displayed the most significant cell differentiation
activity when the dosage of CNCs was 1.5%.
Key words: alginate hydrogels; interpenetrating network technology; cellulose nanocrystals; composite
hydrogels; biological properties; functional materials

双网络水凝胶是由两个或者两个以上相互交联 建的具有高度拉伸和韧性的 SA/PAM 水凝胶，其拉
的网络缠绕在一起结合而成，网络与网络之间既能 伸长度达到水凝胶原始长度的 20 倍，断裂能约为
2
相互渗透又相互独立。最为常见的是基于互穿网络 9000 J/m 。CNCs 是一种高度结晶的纳米颗粒，可
技术构筑的双网络水凝胶体系。一般情况下，一级 以通过酸水解去除纤维素的无定形区域以得到具有
网络具有更强的刚度性能，大多由一些天然的高分 棒状结构的晶体 [10] 。由于 CNCs 具有高纵横比、纳
子形成，如海藻酸钠（SA）、透明质酸和壳聚糖等， 米级的尺寸、良好的生物降解性和较强的机械性能
而二级网络多采用延展性更佳的合成聚合物，如聚 而被认为是一种理想的生物增强剂。GAO 等 [11] 通过
丙烯酰胺（PAM）等，两个网络之间进行优势互补 添加 CNCs 来增强明胶/生物活性玻璃纳米复合水凝
形成高强度和高韧性的水凝胶 [1-2] 。 胶的力学性能。结果表明，在纳米复合水凝胶中即
海藻酸盐是一种由 β-D-甘露糖醛酸（M 段）和 使加入少量的 CNCs，也可以大大提高明胶/生物活
α-L-古洛糖醛酸（G 段）通过 1，4-糖苷键以均聚（MM 性玻璃纳米复合水凝胶的机械强度。HUANG 等 [12]
段或 GG 段）和交替序列（MG 段或者 GM 段）所 采用水溶性羧甲基壳聚糖和醛基纤维素纳米晶
[3]
形成的线性水溶性多糖 。由于海藻酸盐具有类似 （DACNC）制备可注射水凝胶。棒状 CNCs 经高碘
于天然细胞基质的组成成分，所以由海藻酸盐制备 酸钠氧化改性后，其纵横比和比表面积都较大，因
的水凝胶能够提供一个相对适宜的细胞微环境，能 此，水凝胶内产生了许多活性结合点，从而使水凝
够促进和调节细胞的黏附、增殖、迁移和分化。而 胶能够达到快速自修复的效果。CNCs 作为纳米级
且，海藻酸盐来源广泛，具有温和的交联特性和无 别的增韧填料，也使水凝胶的强度得到较大提升，
毒性等优点，使其被广泛地应用于组织工程和伤口 并且使其在保持结构整体性的同时具有较高的溶液
敷料等医学领域 [4-5] 。尽管海藻酸盐作为制备医用水 吸收能力（吸液量高达自身质量的 350%）。
凝胶材料已被广泛研究，但现有研究结果表明，该 氧化海藻酸盐（OSA）水凝胶作为组织工程应
类水凝胶呈现出较弱的抗压强度，缺乏哺乳动物细 用中的可生物降解材料，已经引起了广泛关注。与
胞黏附性并且降解速率缓慢而不可控，这些缺陷严 天然海藻酸盐相比，部分 OSA 具有更快的降解速率
重限制了其在生物医学方面的应用 [6-7] 。为了克服单 和更多的活性基团，如醛基和羟基。OSA/明胶在骨
一海藻酸盐水凝胶功能上的缺陷，人们通常会选择 关节炎研究中备受关注。明胶的氨基可以和 OSA 的
两种及两种以上的材料进行复合，制备出承载负荷力 醛基发生席夫碱反应，这样能够进一步加强凝胶的
更强的水凝胶。这些杂化水凝胶或者复合水凝胶往往 交联作用，从而提高 GT/OSA 复合水凝胶的机械性
通过添加一些增强剂〔如纤维素纳米晶（CNCs）、二 能 [13] 。由于明胶分子链上含有细胞能够识别的精氨
氧化硅纳米粒和二氧化钛纳米粒等〕来达到理想的 酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg-Gly- Asp，AGA）多肽序
机械性能，而且大量增强剂的使用往往会赋予复合 列，可利用明胶氨基和 OSA 醛基的席夫碱反应以及
材料一些独特而优异的性能 [8-9] 。另外，通过高碘酸 两者分子间的氢键作用，在溶液体系下使明胶分子
钠氧化的方法可改善海藻酸盐在哺乳动物体内降解 吸附于 OSA 水凝胶表面，从而增强其对细胞的黏附
缓慢而不可控的缺陷；采用具有细胞识别因子的生 力 [14] 。
物大分子〔如胶原蛋白或明胶（GT）〕表面覆积的 为了解决海藻酸盐水凝胶在生物医学应用中的
方法可提高海藻酸盐水凝胶的细胞黏附性和生物活 功能缺陷问题，如较弱的抗压强度、缺乏哺乳动物
性 [4,6] 。 细胞黏附性、降解速率缓慢而不可控，改善其生物
双网络水凝胶技术被认为是制备具有高机械性 应用性，本文依据本课题组已报道的方法 [15] ，以羟
能复合水凝胶的最佳方法之一。与单一水凝胶相比， 基磷灰石（HAP）/D-葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）作为
双网络水凝胶由于两个聚合物网络分子链相互渗 内源交联剂，拟采用互穿网络技术、CNCs 补强和
透，从而表现出优异的断裂韧性和相当大的压缩应 明胶表面覆积相结合的方法构建 OSA/CNCs/PAM-
[2]
变能力。SUN 等 报道了一种基于互穿网络技术构 GT 复合水凝胶，以提高 OSA 水凝胶的力学性能和