生物玻璃是一类再生医学用生物材料,它的发明开创了生物活性无机材料领域。生物玻璃在体液环境下可以促进类骨磷灰石的沉积,还可以刺激多种有利的细胞行为。自从上个世纪七十年代问世以来,它在硬组织修复等方面获得了广泛的临床应用。不过生物玻璃粉体在体内容易流失,而生物玻璃块体或支架又不方便实际操作,这些都限制了生物玻璃的临床应用,特别是硬组织修复之外领域的应用。水凝胶材料拥有与人体组织类似的高含水结构,具有良好的生物相容性,通过控制凝胶过程可以实现可注射性与原位成型。利用生物玻璃与水凝胶材料的结合,有望得到一种新型的拥有生物活性且操作灵活的生物材料。生物玻璃在体液环境下可以释放多种离子(钙离子、硅离子,等),并释放碱性信号。这也意味着生物玻璃可以通过改变溶液微环境,进而调节水凝胶的凝胶过程以及凝胶结构。因此,本课题基于生物玻璃和水凝胶的各自特点,设计并制备了生物玻璃复合水凝胶。生物玻璃复合水凝胶不仅可以保留生物玻璃优良的生物活性,还能够具备其它新的优点:温度敏感性、原位成型性、可被功能化改性(如整合细胞粘附基团),等。本文第一章综述了再生医学用的生物材料,并介绍了生物玻璃的优势和相关应用。在分析生物玻璃在应用上的限制后,提出本课题,并简述了课题的主要研究内容和创新点。本文第二章的研究中将生物玻璃(BG)与海藻酸(ALG)复合,利用钙离子交联,制备了 BG/ALG复合水凝胶珠体。BG/ALG水凝胶拥有良好的生物活性,可以促进类骨磷灰石的沉积,同时可以刺激有利的细胞行为。最后,研究了 BG/ALG复合水凝胶作为一种骨修复用细胞载体的应用,证实了 BG/ALG可以促进被载细胞的增殖和成骨分化。本文的第三章对BG/ALG体系进行了改进,引入温度敏感高分子琼脂糖(AGA),制备了 BG/AGA-ALG(BG/AA)复合水凝胶。BG/AA复合水凝胶对温度有敏感性,在体温附近可以原位成型。BG加入后,通过释放可以交联水凝胶网络的离子,这样能够进一步增强水凝胶体系的力学性能。BG/AA复合水凝胶显示出良好的生物活性,可以促进细胞迁移和细胞体外成血管倾向。通过使用兔耳缺血慢性伤口模型,证实了 BG/AA水凝胶可以促进血管和上皮新生,进而促进慢性伤口愈合。本文的第四章在前两章的研究基础上,根据BG在水环境下通过释放阳离子而释放碱性信号的特点,利用对碱性环境敏感的氨基与醛基之间形成亚胺键的化学反应,设计了一种基于原位交联的BG复合水凝胶。本章选用类弹性蛋白多肽(ELP)作为高分子组分,利用基因工程和化学改性,为ELP引入了亚胺键交联点(氨基与醛基)。BG释放出的碱性信号可以激发ELP交联网络的形成。ELP的醛基改性降低了它的转变温度,使得BG/ELP复合体系在体温附近具有温度响应性,可以原位成型。最后借助ELP的可设计性和细胞粘附肽RGD,探索了 BG/ELP复合体系作为一种功能化水凝胶的应用。含有RGD基团的BG/ELP表现出良好的细胞粘附性能,细胞在水凝胶上的粘附密度和铺展面积均有显著提升。本文第五章是对全文的总结以及对后续研究方向的展望。