磁各向異性水凝膠的制備及其作為腫瘤細胞三維培養(yǎng)基質的應用.pdf

1、作為交叉學科，生物醫(yī)學工程領域所研究的問題較為復雜，結構功能單一的材料往往無法滿足研究者的需求。同時研究者們也發(fā)現將多種具有不同性質的材料進行復合，往往能為材料賦予新的結構或者功能，而這些具有新功能的材料能更好的解決生物醫(yī)學領域所面臨的一些復雜問題，因此通過復合的方法制備具有新結構或者功能的材料成為生物醫(yī)用材料的研究熱點之一。作為納米材料的分支之一，磁性納米材料因其較好的生物相容性和響應外加磁場的特性受到研究者們的持續(xù)關注。近些年基于磁

2、性納米材料的復合材料發(fā)展勢頭迅猛，而在與其復合的眾多材料中，水凝膠因其各方面的優(yōu)秀特性受到研究者們的普遍親睞。這兩種特性迥異的材料復合后產生了具有磁響應功能的水凝膠復合材料。在此基礎上進一步復合過程中外加磁場，可以使得復合材料獲得單一材料不具備的新結構與功能。
　　本文利用外加磁場輔助調控制備了一系列具有各向異性結構和特性的磁性納米材料-水凝膠復合材料，研究了磁各向異性水凝膠的各向異性結構與特性之間的相互關系，初步探究了其作為體外

3、三維細胞培養(yǎng)基質的應用。論文的具體內容包含以下幾個部分:
　　1.結合靜磁場輔助組裝、磁性納米材料和水凝膠，制備了一種具有特殊取向結構的新型磁各向異性水凝膠，該方法簡便易行，具有較好的普適性。根據模擬計算結合實驗，探究了用于制備磁各向異性水凝膠的磁性納米材料和水凝膠體系的基本要求;研究了磁性納米材料的種類、尺寸及濃度;水凝膠單體濃度及交聯劑濃度;外加磁場強度及組裝時間對磁各向異性水凝膠結構的影響，并首次使用高分辨顯微CT原位表征并

4、重建了磁各向異性水凝膠中磁性納米材料組裝結構在空間中的分布。
　　2.對基于靜磁場制備的磁各向異性水凝膠的力學，光學，磁學和在交變磁場中的發(fā)熱特性進行了研究。具有特定取向的磁性納米材料組裝結構對磁各向異性水凝膠在不同方向上的彈性模量有不同程度的影響，其在空間中的分布方式使得復合材料具有類似三維光柵的衍射能力。首次發(fā)現并報道了具有磁各向異性水凝膠在交變磁場中的可控發(fā)熱增強效應，并對通過研究磁各向異性水凝膠的磁學效應對其機制進行了初步

5、闡釋，結果顯示這種獨特的發(fā)熱性質可能是由磁性納米顆粒之間的相互作用引起的。這種可以通過改變磁各向異性水凝膠與外加交變磁場交角進行控制的發(fā)熱方式使得其可以作為具有藥物控制釋放能力的載體等，結合磁各向異性水凝膠的發(fā)熱特性在腫瘤熱/化療協(xié)助作用方面具有較好的潛在應用前景。
　　3.首次利用交變磁場/旋轉磁場輔助制備磁各向異性水凝膠。初步探究了交變磁場/旋轉磁場對磁各向異性水凝膠結構和特性的影響，研究了交變磁場頻率、旋轉磁場轉速等因素對磁

6、各向異性水凝膠的影響。結果顯示交變磁場組裝可能有助于提高磁性納米材料間的相互作用;旋轉磁場能在水凝膠內部形成類似圓餅狀的磁性納米材料組裝結構，具有這種特別結構的磁各向異性水凝膠同樣在交變磁場中具有各向異性的發(fā)熱特性;增大旋轉磁場的轉速能提高旋轉磁場輔助制備的磁各向異性水凝膠在交變磁場中的發(fā)熱能力。
　　4.首次利用抗細胞粘附的水凝膠和細胞粘附的磁性納米材料結合制備磁各向異性水凝膠，利用物理切割的方法將磁性納米材料組裝結構暴露在界面

7、上，細胞可以粘附在復合材料的表面上，通過粘附、增殖、遷移和聚集，自主形成多細胞聚集體，多細胞聚集體進一步通過增殖和融合形成具有緊實結構的多細胞球。細胞增殖結果顯示在此模型上生長的細胞其增殖速度遠低于在細胞孔板上生長的細胞，與細胞在體內生長的速率更接近;活\死細胞染色顯示培養(yǎng)一段時間后在多細胞球的中心部分有初步形成的死核，抗藥性測試結果顯示具有這種結構的多細胞球可以有效的被用于腫瘤細胞體外藥物和治療手段的評價;不同細胞株（正常細胞或腫瘤細