《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research
制备表面图案化的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶
·研究பைடு நூலகம்著·
李淑华1，李美兰2(1江苏工程职业技术学院，江苏省南通市 226007；2南通大学医学院，江苏省南通市 226000)
DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2230
近年来水凝胶材料因其良好的生物相容性而备受瞩目， 这种材料的结构稳定类似于人体组织[9-13]，被逐渐应用于生 物材料领域。水凝胶由于其独特的自身性质常被用来制作组 织再生的支架，也可用作细胞运载的工具，因此被广泛应用 于医疗和药学领域[14-18]。水凝胶可分为天然水凝胶和合成水 凝胶2种类型，天然的亲水性高分子包括多糖类(淀粉、纤维 素、海藻酸、透明质酸、壳聚糖等)和多肽类(胶原、聚L-赖 氨酸、聚L-谷胺酸等)2种类型。合成的亲水高分子包括聚乙 烯醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚 丙烯酰胺、聚N-聚代丙烯酰胺等)[19-22]，其中丙烯酰胺是较 早应用于生物材料的水凝胶，具有生物相容性好、易于制备 等优点，但是聚丙烯酰胺水凝胶的力学性能较差，影响了其 在生物材料领域的应用[23-26]。实验拟通过加入丙烯酸来改变 聚丙烯酰胺水凝胶力学性能，提高其抗拉抗压的性能。
was observed under a light microscope. The mechanical properties of the hydrogel were examined by an electronic universal testing machine. RESULTS AND CONCLUSION: Light microscope showed that the stripes on the surface of each group of hydrogels were clearly visible. The addition of acrylic acid effectively improved the mechanical properties of hydrogels. As the proportion of acrylic acid increased, the mechanical properties of hydrogels gradually increased. These results suggest that polyacrylic acid/acrylamide hydrogel has good mechanical properties and is expected to have good application prospects in the field of tissue engineering damage repair. Key words: surface patterned; polyacrylamide; acrylic acid; hydrogel; mechanical property; tissue engineering; biomaterials; preparation Funding: the Advanced Textile Engineering Technology Center Project of Jiangsu Province, No. XJFZ/2015/9 (to LSH)
ORCID: 0000-0001-7773-7930(李淑华)
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文章显示— (1) 聚 丙 烯 酰 胺 水 凝 胶 具 备 良 好 的 生 物 相 容
性，但力学性能较差，影响了其在生物材料 领域的应用； (2)通过丙烯酸的加入有效改良了水凝胶的力 学性能，随着丙烯酸比例的不断增加，水凝 胶的力学性能逐渐增强； (3) 结 果 表 明 聚 丙 烯 酸 - 丙 烯 酰 胺 水 凝 胶 具 有 良好的力学性能，在组织工程损伤修复领域 具有良好的应用前景。
1 材料和方法 Materials and methods
1.1 设计 体外观察性实验。 1.2 时间及地点 实验于2017年7月至2018年12月在南 通大学医学院相关实验室完成。 1.3 材料 丙烯酰胺、过硫酸铵、丙烯酸、N，N-亚甲基 双丙烯酰胺均购自Sigma；微模塑图形化印章自制；电子 万能试验机(TFW-58，上海拓丰仪器科技有限公司)。
0 引言 Introduction
组织缺损或损伤是常见临床病症，目前临床上治疗主 要采用传统的自体组织进行修复，但是供移植用的自体组 织来源有限成本很高、移植后容易产生新的创伤、组织结 构或尺寸不能匹配等原因，导致自体移植在实际应用中有 很大的局限性[1-4]。融合了工程学和生命科学原理的组织工 程产品，不仅能够有效改善患者治疗效果，而且能够降低 护理成本[5-8]。近年来用于组织工程修复的生物材料的研究 不断增加，比如壳聚糖、碳纳米管、胶原蛋白等。
Abstract BACKGROUND: Polyacrylamide hydrogels have good biocompatibility, but their mechanical properties are poor, which affect their application in the field of biomaterials. OBJECTIVE: To prepare the polyacrylamide-acrylic hydrogels with a particular size by micromolding graphical imprinting. METHODS: Polyacrylamide-acrylic hydrogel was prepared by sequentially mixing different volumes of polyacrylamide solution, acrylic acid and ammonium persulfate solution into an orifice plate containing a micromolded patterned seal. Group A: polyacrylamide solution 1.4 mL, acrylic acid 0.1 mL; group B: polyacrylamide solution 1.3 mL, acrylic acid 0.2 mL; group C: polyacrylamide solution 1.2 mL, acrylic acid 0.3 mL; group D: polyacrylamide solution 1.1 mL, acrylic acid 0.4 mL; group E: polyacrylamide solution 1.0 mL, acrylic acid 0.5 mL; group F: polyacrylamide solution 0.9 mL, acrylic acid 0.6 mL. Six groups of ammonium persulfate solution were all 50 μL. The patterned structure of the hydrogel
生物材料的表面性能影响着组织再生的效果。研究者 为制备出更加适合临床应用的生物材料而做出了许多努 力，比如多种物质的复合是否能制作出更有利于组织再生 的生物材料[27-29]，或是研究生物材料的表面性能是否会对 组织再生有影响[30-31]。BENOIT等[32-33]通过改变材料表面 的物理和表面性质实现了间充质干细胞向骨、软骨和脂肪 的不同分化；REHMANN等[34-35]利用多肽修饰改变水凝胶 基质材料的化学与物理性能，也能够改变在其中培养间充 质干细胞的分化状态。实验拟通过微模塑图形化压印制备 具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-聚丙烯酸水凝胶。
丙烯酰胺材料的理化性能，见表1。
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表 1 丙烯酰胺材料的理化性能 Table 1 Physical and chemical properties of polyacrylamide
文题释义： 水凝胶图案化：将印章带有图案的一面朝上，另一面用双面胶紧贴多孔板单孔的中心，用手指压紧以防止在 加热过程中印章漂浮，这样水凝胶可以很好地将印章覆盖，不会出现水凝胶中间产生空洞的现象，使水凝胶 很好图案化。 聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶：聚丙烯酰胺水凝胶具备良好的生物相容性，但力学性能较差。通过微模塑图形化 压印制备具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶，依次将不同体积的聚丙烯酰胺溶液、丙烯酸与过硫酸铵 溶液混合进行了 6 组实验研究。随着丙烯酸比例的不断增加，水凝胶的力学性能逐渐增强，当丙烯酸含量最 多时即聚丙烯酰胺体积为 0.9 mL 时应力为 30 MPa，应变最大为 0.023%。
聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶
制备方法 主要原料 温度和时间 原料不同配比
主要性能 图案化处理 力学性能测试
应用前景
李淑华，女，1966 年生， 江苏省南通市人，汉族， 副教授，硕士，主要从事 高分子材料改性和制备研 究。
文献标识码:A 投稿日期：2019-05-13 送审日期：2019-05-29 采用日期：2019-07-15 在线日期：2019-11-06
Li Shuhua, Master, Associate professor, Jiangsu Engineering College, Nantong 226007, Jiangsu Province, China
文章编号:2095-4344(2020)10-01553-04
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李淑华，李美兰. 制备表面图案化的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶[J]. 中国组织工程研究，2020，24(10):1553-1556. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2230
摘要 背景：聚丙烯酰胺水凝胶具备良好的生物相容性，但力学性能较差，影响了其在生物材料领域的应用。 目的：通过微模塑图形化压印制备具有特殊尺寸的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶。 方法：依次将不同体积的聚丙烯酰胺溶液、丙烯酸与过硫酸铵溶液混合，加入含有微模塑图形化印章的孔板 中，制备聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶：A 组聚丙烯酰胺溶液 1.4 mL，丙烯酸 0.1 mL；B 组聚丙烯酰胺溶液 1.3 mL，丙烯酸 0.2 mL；C 组聚丙烯酰胺溶液 1.2 mL，丙烯酸 0.3 mL；D 组聚丙烯酰胺溶液 1.1 mL，丙烯 酸 0.4 mL；E 组聚丙烯酰胺溶液 1.0 mL，丙烯酸 0.5 mL；F 组聚丙烯酰胺溶液 0.9 mL，丙烯酸 0.6 mL。6 组过硫酸铵溶液均为 50 µL。光镜下观察水凝胶的图案化结构，电子万能试验机检测水凝胶的力学性能。 结果与结论：光镜显示各组水凝胶表面的条纹清晰可见；丙烯酸的加入有效改良了水凝胶的力学性能，随着 丙烯酸比例的不断增加，水凝胶的力学性能逐渐增强。结果表明，聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶具有良好的力学 性能，有望在组织工程损伤修复领域具有良好的应用前景。 关键词： 表面图案化；聚丙烯酰胺；丙烯酸；水凝胶；力学性能；组织工程；生物材料；制备 中图分类号：R459.9；R-331；R318.08 基金资助： 江苏省先进纺织工程技术中心科研立项项目(XJFZ/2015/9)，项目参与者：李淑华