天然多糖水凝胶空间结构表征及与细胞、生物大分子相互作用的研究

多糖类水凝胶因其优良生物相容性、生命组织结构近似性、生物降解性和资源可持续性，在仿生支架、药物控制释放载体、组织/细胞承载系统等领域具有很好的应用前景。以聚阴离子海藻酸盐、聚阳离子壳聚糖及其衍生物制备的多糖水凝胶为研究体系，将同步辐射中软X射线显微技术引入天然多糖水凝胶空间结构研究，原位观察水凝胶中二价阳离子与海藻酸盐高分子空间构象的关系及聚阴阳离子相互作用后，两种高分子的关键基团在水凝胶中的化学状态、空间构象及分布；系统研究各种工艺条件对水凝胶空间结构的影响；并通过分析装载物(细胞表面分子和蛋白、核酸等药物分子)中特征化学键方向，判断与高分子材料直接作用的生物大分子空间分布、分子取向及组分定量。在开辟凝胶化学研究新思路与新方法的基础上，为认识生命组织的结构与功能、指导水凝胶材料修饰改性、建立水凝胶仿生载体制备工艺等提供实验依据，指导与促进天然多糖类水凝胶在生物医学领域的应用。

本项目采用聚阴离子多糖海藻酸钠、聚阳离子多糖壳聚糖及聚赖氨酸制备的多糖水凝胶为研究体系，首先建立了同步辐射XRD原位表征多糖水凝胶空间结构等方法，建立了γ-射线照射制备窄分子量分布多糖高分子材料的方法及工艺；进而考察了水凝胶制备工艺条件、PEG接枝修饰、细胞包埋对水凝胶中多晶结构、机械强度和通透性的影响，以及水凝胶空间结构对细胞分布、形态、生长、代谢的影响。发现：海藻酸钠化学组成、多糖复合时间、反应液浓度及比例是影响多糖水凝胶多晶结构、机械强度、通透性的关键因素，通过调控上述条件可实现对多糖水凝胶结构及机械强度、通透性的有效控制；MPEG既可修饰在多糖水凝胶表面又能扩散修饰在水凝胶3D网状结构内部，富集在表面的MPEG链具有更好抗蛋白吸附的效果；基质强度高的水凝胶可限制细胞的聚集；通透性高的水凝胶内细胞的增殖、代谢能力较高，表明水凝胶通过其强度特性及通透性影响了细胞的形态、生长及代谢。本研究结果为认识生命组织的结构与功能、指导水凝胶材料修饰改性、建立水凝胶仿生载体制备工艺等提供了实验依据，将促进天然多糖类水凝胶在生物医学领域的应用。