甲壳素基无机多功能复合海绵的制备及应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzl1988
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不可控性出血是创伤后早期死亡的主要原因,且创伤后期的伤口感染和愈合也是一个十分具有挑战性的课题。现有止血材料存在止血效果差、不可降解、抗菌性差等不足。因此,开发一种成本低廉、生物相容性好,既能高效快速止血,又能抑制细菌感染且促进伤口愈合的可吸收性生物医用止血材料势在必行。甲壳素是一种丰富的天然高分子,因其具有良好的生物相容性、生物降解性和抗菌活性而被广泛应用于止血和伤口愈合领域。然而,传统的纯甲壳素止血效果不足,抗菌活性低,限制了其在止血和创伤方面的应用。基于此,本文以甲壳素为基质,复合不同的无机材料以赋予其更好的止血性能和抗菌能力,旨在研制出抗菌、高效止血、生物相容性好、促伤口愈合的多功能止血海绵,主要研究内容如下:(1)秸秆/纳米金增强甲壳素海绵的止血抗菌性能研究以玉米秸秆全组分为绿色还原剂和稳定剂,原位合成了纳米金并与甲壳素复合交联制备了一种新型的甲壳素/秸秆/纳米金复合海绵(chitin/corn stalk@AuNPs sponge,CCAu)。结果表明,玉米秸秆的加入改善了甲壳素基海绵的柔软性。基于纳米金的近红外诱导光热效应,甲壳素/秸秆/纳米金复合海绵具有明显的抗菌活性。复合海绵具有优异的止血效果,体外凝血指数仅为15.23%,并在49 s内停止肝脏出血,出血量为87 mg。进一步地,体内伤口愈合和体外划痕实验证明复合海绵具有促进伤口愈合作用。此外,细胞毒性、溶血性测试和组织切片证明了复合海绵的安全性和生物相容性。(2)甲壳素插层MXene制备复合止血海绵的研究以甲壳素分子链为插层剂,在超声辅助条件下插层MXene,制备一种新型的甲壳素插层MXene复合海绵(chitin/MXene sponge,CMX),并与甲壳素和MXene简单共混制备的复合海绵(CH+MX)作对比。结果表明,具有大比表面积和负电性的二维层状材料MXene具有优异的止血效果,特别是插层后的MXene由于表面积增大止血性能也随之增强。CMX15复合海绵具有较好的吸血和止血性能,高速摄像机捕捉其在2.8 s内可吸收全血液滴,其体外凝血指数仅为2.24%,在小鼠肝脏出血模型中止血时间为45 s。此外,蜂窝状的复合海绵还具有良好的吸水和吸血性能、可降解性能、光热抗菌性能和良好的安全性。(3)单片层MXene/纳米金增强甲壳素海绵的性能研究将纳米金粒子负载在剥离的MXene纳米单片层上,并与甲壳素交联制备了一种新型的多功能甲壳素/MXene/AuNPs复合海绵(chitin/MXene@AuNPs sponge,CH/s MX@Au)。复合海绵呈现蜂窝状结构,具有良好的吸水吸血性能和良好的生物可降解性。MXene与纳米金能协同光热抗菌,因此复合海绵具有明显的抗菌活性,可以降低止血过程中伤口感染的风险。单片层MXene的加入使得复合海绵具有优异的止血效果,而纳米金的加入使止血效果得到进一步加强。CH/s MX@Au复合海绵0.9 s内完全吸收全血液滴,其体外凝血指数仅为6.48%,34 s内能使小鼠肝脏出血停止,出血量为49 mg,明显优于商品化的PVF海绵。复合海绵可显著促进成纤维细胞和角质形成细胞的迁移,加快伤口愈合。此外,复合海绵均具有优异的生物相容性,且CH/s MX@Au海绵的细胞存活率高于CH/s MX海绵。
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