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HEMA. 文章思路:水化层在 nonfouling 材料中占有重要作用,本文选择 三种水化能 力不同的单体 ,尝试验证其抗吸附能力是否有显著差异。 结论 : 上述假想成立,其中 HEAA 在 没有稀释的血浆 中,能够在 1h 内 蛋白吸 附量 < 0.3ng/cm 2 ( nonfouling 定义为 <0.5ng/cm 2 ). HPMA. HEAA. HEMA. 引发剂. 光引发剂 659. 表征手段. 凝胶的平衡含水量与非冻结水含量的测量 SA( 水杨酸 ) 在水凝胶中的负载与释放 ELISA 测量蛋白的吸附量

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HPMA

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Presentation Transcript


Hpma

HEMA

  • 文章思路:水化层在nonfouling材料中占有重要作用,本文选择三种水化能

  • 力不同的单体,尝试验证其抗吸附能力是否有显著差异。

  • 结论:上述假想成立,其中HEAA在没有稀释的血浆中,能够在1h内蛋白吸

  • 附量<0.3ng/cm2 (nonfouling定义为<0.5ng/cm2)

HPMA

HEAA

HEMA

引发剂


Hpma

光引发剂659


Hpma

表征手段

  • 凝胶的平衡含水量与非冻结水含量的测量

  • SA(水杨酸)在水凝胶中的负载与释放

  • ELISA测量蛋白的吸附量

  • 材料表面细菌的粘附与本体中的细菌的抑制增长实验


Hpma

凝胶的制备与表征

4mM单体

10mg光引发剂

不同比例的交联剂

溶解到溶剂中

冰浴中超声分散

混合溶液

防止提前反应

去离子水浸泡除去没有反应的单体

362nm,1h,室温

取出凝胶

  • 表征

  • 公式:EWC (%) = (ms− md)/ md

  • DSC测量非冻结水的含量(测试条件:室温降到-100℃,再升温到40℃,速率5℃/min,氮气流25ml/min)

光引发剂659


Hpma

  • 聚合物中水的三种不同存在形式

  • 非冻结水:在温度降低到-100℃也不会结晶。

  • 冻结水:低于0℃结晶。

  • 自由水:在0℃结晶。


Hpma

随着含水量的增加,非冻

结水的含量也是增加的

每一个重复单元键

合水的能力不同

Wnonfreezable=wnonfreezable/wpolymer=(EWC−wfreezable)/wpolymer

(得到1g聚合物带有多少g非冻结水)

wfreezable= Δ Hf/Δ Hw

Nw= W非冻结(Mp/Mw)

(得到1个重复单元带有多少个非冻结水)

Nw= Wnonfreezable(Mp/8Mw)

其中,MW=18,MP=重复单元的摩尔质量


Hpma

抗蛋白吸附实验(Fg)

5.6−6.5, 6.5 −7.1, 8.3 −10.2%

ELISA检测


Hpma

细胞的粘附实验

结论:支持凝胶表面如果没有蛋白的粘附,也能够有效地阻止细胞的粘附这一

假说 。


Hpma

Antimicrobial Activity of PolyHEAA Hydrogels

295nm

When the concentration of SA was increased from 3.4 to 34% (w/v), the loading efficiency of SA

incorporation was ∼ 20 and ∼ 80% (w/w), respectively.

285nm


Hpma

Antimicrobial Activity of PolyHEAA Hydrogels


Hpma

Antimicrobial Activity of PolyHEAA Hydrogels


Hpma

结论

  • 合成了一种polyHEAA/ SA水凝胶,水凝胶具有双功能性。

  • 通过细菌实验,我们发现这种复合水凝胶在1天内对大肠杆菌与金黄色葡萄球

  • 菌的杀菌能力非常强。

  • 杀菌物质SA的引入,并没有影响水凝胶的nonfouling性质。


Hpma

2013

  • Introduction:

  • 对于外来植入人体的材料,细菌的粘附以及随后的增殖往往是导致植入材料失败的关键因素。

  • 如果只是在材料上键接杀菌剂,则随着细菌的杀死,细菌会粘附在材料上,会包埋杀菌剂的功能基团进而影响杀菌效果。

  • 如果只是在材料上键接两性离子聚合物,可以防止细菌粘附,但是不能阻止细菌在水化层附近以及本体中的增殖。


Hpma

文章思路


Hpma

CBSA单体的制备流程与水解速率测定

水解测定条件:20℃,将单体溶解于PBS的重水溶液中,隔一段时间测定核磁,利用SA中羧基质子氢强度的变化来测定(其中质子的化学位移在酯键的水解过程中从7.63移动到7.72)。


Hpma

三种类型水凝胶的制备与水解速率的测定

20ul 1173光引发剂

30ul EGDMA

1mL甲醇

1mol/LCBMA溶液

1mmol CBMA单体

倒在间距是0.76mm的载玻片中间

波长302nm的紫外光辐射2h

混合溶液

CBMA凝胶

光引发剂结构式:

  • CBMA-1-C2 SA操作同上

  • CBSA只需将溶剂换成DMSO


Hpma

  • 三种类型水凝胶的水化操作

室温,水中或者水杨酸钠溶液中,24h

CBMA-2水凝胶

4℃,pH=4, 24h

CBMA-1-C2 SA水凝胶

4℃,pH=4, 24h

CBSA水凝胶

  • 三种类型水凝胶的水解操作

切成5mm直径,1mm厚的形状

三种水化后的水凝胶

隔一定的时间取出1mLPBS溶液做HPLC

20℃,10mL的PBS溶液,90rpm

并向原溶液补充1mL新鲜的 PBS溶液


Hpma

三种类型的水凝胶的水解曲线

The cumulative drug release of three hydrogels each representing a typical controlled release mechanism : SA infused PCBMA-2 hydrogel (free diffusion); PCBMA-1-C2 SA hydrogel (electrostatic interaction) and PCBSA (hydrolyz able covalent bonding). The experiments were carried out under pH 7.4, 20℃and 90 rpm shaking.


Hpma

蛋白(纤维蛋白原)吸附测试

浸入1ml 0.1mg/mLFITC标记的Fg的PBS溶液

PBS缓冲溶液洗三次

Hydrated hydrogel

1次2min

室温,30min

用相机拍摄水凝胶

表面的荧光强度

取出凝胶

PBS清洗表面游离的Fg


Hpma

  • Bacteria surface adhesion test

浸入PBS溶液10min后取出

浸入1ml金黄色葡萄球菌溶液(OD600近似是1)

hydrogel

室温,60rmp,2h

在PBS溶液中轻轻振荡10min

BacLight bacterial staining kit for 10 min

取出凝胶

相机观察表面的细菌细胞强度

  • Bacteria growth inhibition test

取100ul溶液

浸入1ml金黄色葡萄球菌溶液(OD600近似是0.001)

hydrogel

16h, 37℃

OD600 reading


Hpma

细菌实验结果

(a) Bacterial surface adhesion on PCBSA, PCBMA-1-C2 SA, PCBMA-2 hydrogels as well as on the polystyrene control surface. The four surfaces were subject to bacteria S. epidermidissuspension in PBS (OD600 ~0.1) at room temperature and mild shaking condition for 2 h before visualization. (b) The growth inhibition of PCBSA, PCBMA-1-C2 SA and PCBMA -2 hydrogels against S. epidermidis. The supernatant OD600 reading was recorded 16 hafter initial inoculation as an indication for bacteria bulk density


Hpma

Introduction:

  • HEMA:

  • chemical stability, good biocompatibility

  • hydrophilic character

  • excellent mechanical properties

  • low level of immunogenicity

  • Moderarewetting,lower than natural tissues

Zwitterions:

  • Poor mechanical properties

  • limited resistance to proteins

本文章讲二者结合起来,使水凝胶同时具备优良的机械强度,与天然组织类似的含水量 (天然组织含水量61%),同时具有较好的抗蛋白吸附能力。


Hpma

凝胶中两性离子单体选择的依据

乙醇清洗

氮气流干燥

Gold coated substrates

紫外臭氧净化

(1mM引发剂溶液,室温24h)

在基体中接入两性离子聚合物分子刷

研究血清的吸附性

各种单体


Hpma

几种类型凝胶的制备

光引发剂

苯偶姻乙醚

交联剂

二甲基丙烯酸乙二醇酯

0.5 wt %交联剂

0.5 wt %光引发剂

避光,4℃,搅拌至完全溶解

单体按照上面表格的比例

单体混合溶液

浸泡在去离子水中除去未反应的单体

紫外照射30min

倒入两个玻璃片之间

凝胶

12h换一次水,浸泡8天


Hpma

  • 凝胶的表征手段

  • FTIR-ATR

  • EWC

  • 机械性能

  • 对血浆的抗吸附性

1654

1609

1558

1654

1558

1500

1900

1700

1600

1800

Amidic region of the FTIR-ATR spectra of hydrogels of (a) poly (HEMA -co - CBAA-3 ) and (b ) pol y(HEMA-co - CBMAA -3) for different concentration of the zwitterionic monomer: (1) 0%, (2) 1%, (3) 5%, (4) 7.5%, and (5) 10%.


Hpma

凝胶平衡含水量的测量

去离子水泡5d

湿凝胶重ms

干凝胶md

公式:EWC (%) = (ms− md)/ md


Hpma

机械性能测定

两种两性离子结合水的能力有所不同

测试条件:凝胶在水里泡10d, 室温,样条35 mm长,2 mm 宽(最窄处),1mm 厚,速度 1mm/ min


Hpma

水凝胶在血浆中的吸附实验

1648

1545

减少50%

减少40%

减少65%

减少70%

减少90%

减少95%


Hpma

在低浓度溶解度可以,当浓

度稍微大一点,溶解性变差。

思路

合成两性离子类的交联剂,

可以增加结构的均一性

增加水化层的连续性。进

而可能会对蛋白或者细胞

的吸附产生影响。并且可

以通过增加其用量来提高

凝胶的机械强度。


Hpma

交联剂的制备路线


Hpma

凝胶的制备

要保证两种水凝胶中的单体与交联剂的总个数是一样的

在1 M NaCl中配置单体质量浓度为65%

引发剂:过硫酸铵,亚硫酸钠

MBAA交联剂的用量2 to 23%(占单体的摩尔分数)

CBMAX 交联剂的用量一直做到75%

在PTFE载玻片中间,温度为60℃,使其反应生成凝胶


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