基于电沉积原理的管状海藻酸钙水凝胶可控制备(2) -中国组织工程研究杂志社投稿

一、稿件要求： 1、稿件内容应该是与某一计算机类具体产品紧密相关的新闻评论、购买体验、性能详析等文章。要求稿件论点中立，论述详实，能够对读者的购买起到指导作用。文章体裁不限，字数不限。 2、稿件建议采用纯文本格式(*.txt)。如果是文本文件，请注明插图位置。插图应清晰可辨，可保存为*.jpg、*.gif格式。如使用word等编辑的文本，建议不要将图片直接嵌在word文件中，而将插图另存，并注明插图位置。 3、如果用电子邮件投稿，最好压缩后发送。 4、请使用中文的标点符号。例如句号为。而不是.。 5、来稿请注明作者署名(真实姓名、笔名)、详细地址、邮编、联系电话、E-mail地址等，以便联系。 6、我们保留对稿件的增删权。 7、我们对有一稿多投、剽窃或抄袭行为者，将保留追究由此引起的法律、经济责任的权利。二、投稿方式： 1、请使用电子邮件方式投递稿件。 2、编译的稿件，请注明出处并附带原文。 3、请按稿件内容投递到相关编辑信箱三、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我方所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我方所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我方所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。若投稿人有违反该款约定的行为，则我方有权不向投稿人支付报酬。但我方在收到投稿人所投作品10日内未作出采用通知的除外。 5、投稿人授予我方享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、投稿人委托我方声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

基于电沉积原理的管状海藻酸钙水凝胶可控制备(2)

作者:

关键词:

摘要：

取75 cm2的无菌培养瓶装取50 mL超纯水。用电子分析天平称取0.55 g CaCl2颗粒加入培养瓶中并用玻璃棒搅拌，得到完全溶解、浓度为1.1%CaCl2溶液。最后将配置好的溶液放在紫外线下照射15 min，保证其处于无菌状态。

Fig.1 Schematic diagram of the working principle of electrodeposition method

1.5 电沉积法工作原理

电沉积法工作原理如Fig.1所示。电沉积实验装置主要由直流电源、正极铂丝、负极铜丝和电沉积溶液四部分组成。铂丝与直流电源的正极连接作为电沉积装置阳极，铜丝与直流电源的负极连接作为电沉积装置阴极。然后，将阴、阳两极浸入在电沉积溶液里。通电时，在电沉积装置阳极附近电解水产生H+形成酸性环境，pH降低，其反应过程如式(1)。然后，悬浮在电沉积溶液阳极附近的CaCO3与H+发生分解反应析出Ca2+，中和酸性环境，其反应过程如式(2)。最后，析出的Ca2+迅速与海藻酸钠发生离子交联反应，在正极铂丝上形成海藻酸钙水凝胶，其反应过程如式(3)。

2H2O-4e-=4H++O2↑

2H++CaCO3=Ca2++H2O+CO2↑

Ca2++2Alg-COO-=Alg-COO-Ca-OOC-Alg

1.6 细胞活性试验的细胞准备

采用Hepa1-6小鼠肝癌细胞(上海中乔新舟生物科技有限公司)用于细胞活性实验。小鼠肝癌细胞无传染性、价格较便宜、癌细胞繁殖快，常作为实验中优先选择的样品细胞。25 cm2的无菌培养瓶中添加6 mL含有10%胎牛血清和1%抗生素的DMEM高糖完全培养基。将Hepa1-6小鼠肝癌细胞接种于DMEM高糖完全培养基中，放入37 ℃、5%CO2的二氧化碳培养箱进行培养。当细胞培养密度达到90%时，使用胰酶/EDTA消化液消化细胞并用移液器轻轻吹打细胞，将细胞聚集体分离。获得的细胞悬浮液中细胞密度大约在4.0×106～6.0×106mL-1。之后，均匀混合细胞与杀菌后的电沉积溶液(海藻酸钠1% g/mL；CaCO30.5% g/mL)，得到的细胞密度大约在1.0×104～2.0×104mL-1。

1.7 海藻酸钙水凝胶直径生长模型建立

海藻酸钙水凝胶形成速度可以通过电沉积溶液中Ca2+的释放总量来进行调节。在电沉积过程中，Ca2+浓度与H+浓度成正比。然而，当通电施加直流电源电压后，难以测得H+和Ca2+释放总量。为解决上述问题，通过建立海藻酸钙水凝胶直径模型对水凝胶形成过程进行研究，控制水凝胶形成的直径大小。

首先将基于电沉积原理制备的管状水凝胶实验模型转化为物理模型，如Fig.2所示。该物理模型由四部分连接组成：直流电源DC、电沉积溶液、正极铂线与电沉积溶液接触面及负极铜线与电沉积溶液接触面。其中，U是施加的直流电源电压，ED是电沉积溶液中的反电动势，I为闭环回路电流，R0是直流电源、铂丝和铜线的内阻，正极铂线表面与电沉积溶液接触面部分和负极铜线表面与电沉积溶液接触面部分可以视为RC回路，其中C1是正极铂丝表面与电沉积溶液接触面部分的接触电容，R1是C1的等效串联电阻，C2是负极铜线表面与电沉积溶液接触面部分的接触电容，R2是C2的等效串联电阻，R3是电沉积溶液的溶液电阻。其中U、ED的单位为V；I的单位为A；R0，R1，R2，R3的单位为Ω；C1，C2的单位为pF。根据闭环电路原理、电流、电容、电压及时间关系，可得

式中：U1——正极铂线表面与电沉积溶液接触面部分的电容充电电压，V；U2——负极铜线表面与电沉积溶液接触面部分的电容充电电压，V。直流电源、铂丝和铜线是理想的，没有内阻，即R1=0。在整个电沉积过程中，反应时间短，溶液电阻R3的阻值变化很小，故可忽略溶液电阻。则式(4)可简化为

Fig.2 Equivalent closed circuit of the electrodeposition system for calcium alginate hydrogel

根据式(5)，可得电流(I)的表达式

在电沉积过程中，水凝胶的质量与反应过程中电荷量总数成正相关。产生的电荷越多，水凝胶成胶质量越大。由电荷量公式可列出质量与电荷量、电荷量与电流关系为

式中：m——水凝胶质量，kg；Q——电荷量，C；k1——比例系数。又由质量与密度、体积的关系，可得

m=ρVol

式中：ρ——水凝胶密度，kg/m3；Vol——水凝胶体积，m3。联立式(7)、式(8)，水凝胶体积可表示为

在电沉积过程中，H+将Ca2+从CaCO3纳米颗粒中析出，水凝胶开始形成。水凝胶刚开始形成时，从CaCO3纳米颗粒中析出的Ca2+总量少，离子交联反应速率低，水凝胶非常柔软。随着反应过程Ca2+总量释放增加，离子交联反应速率加快，导致水凝胶硬化。与此同时，水凝胶硬化速度与电位正相关，直流电源电压越高，水凝胶硬化速度越快，形成的水凝胶密度越大。因此，水凝胶的密度(ρ)可以用指数函数表示

文章来源：《中国组织工程研究》网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2021/0310/1103.html