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

1、作為交叉學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域所研究的問題較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)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(xiàn)將多種具有不同性質(zhì)的材料進(jìn)行復(fù)合，往往能為材料賦予新的結(jié)構(gòu)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(xué)領(lǐng)域所面臨的一些復(fù)雜問題，因此通過復(fù)合的方法制備具有新結(jié)構(gòu)或者功能的材料成為生物醫(yī)用材料的研究熱點(diǎn)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(yīng)外加磁場的特性受到研究者們的持續(xù)關(guān)注。近些年基于磁

2、性納米材料的復(fù)合材料發(fā)展勢頭迅猛，而在與其復(fù)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(fù)合后產(chǎn)生了具有磁響應(yīng)功能的水凝膠復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步復(fù)合過程中外加磁場，可以使得復(fù)合材料獲得單一材料不具備的新結(jié)構(gòu)與功能。
　　本文利用外加磁場輔助調(diào)控制備了一系列具有各向異性結(jié)構(gòu)和特性的磁性納米材料-水凝膠復(fù)合材料，研究了磁各向異性水凝膠的各向異性結(jié)構(gòu)與特性之間的相互關(guān)系，初步探究了其作為體外

3、三維細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)的應(yīng)用。論文的具體內(nèi)容包含以下幾個部分:
　　1.結(jié)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(jié)構(gòu)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(jù)模擬計算結(jié)合實(shí)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(lián)劑濃度;外加磁場強(qiáng)度及組裝時間對磁各向異性水凝膠結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)，光學(xué)，磁學(xué)和在交變磁場中的發(fā)熱特性進(jìn)行了研究。具有特定取向的磁性納米材料組裝結(jié)構(gòu)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(fù)合材料具有類似三維光柵的衍射能力。首次發(fā)現(xiàn)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(qiáng)效應(yīng)，并對通過研究磁各向異性水凝膠的磁學(xué)效應(yīng)對其機(jī)制進(jìn)行了初步

5、闡釋，結(jié)果顯示這種獨(dú)特的發(fā)熱性質(zhì)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(jìn)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(jié)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(yīng)用前景。
　　3.首次利用交變磁場/旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場對磁各向異性水凝膠結(jié)構(gòu)和特性的影響，研究了交變磁場頻率、旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速等因素對磁

6、各向異性水凝膠的影響。結(jié)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(zhuǎn)磁場能在水凝膠內(nèi)部形成類似圓餅狀的磁性納米材料組裝結(jié)構(gòu)，具有這種特別結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速能提高旋轉(zhuǎn)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(xì)胞粘附的水凝膠和細(xì)胞粘附的磁性納米材料結(jié)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(jié)構(gòu)暴露在界面

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