【摘 要】
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从全球范围来看,随着经济社会的发展,国民生活水平的不断提升,人们对于生物医学材料的需求正在急剧增加,而医用抗菌敷料和药物载体是其中备受关注的两大类材料。传统敷料尽管价廉易得,具有保护创面和吸收渗液的作用,但也存在诸如无法润湿创面、细菌易渗入、易与创面粘连和换药时造成二次创伤等问题。因此,制备兼具抗菌、润湿性和生物可降解性的新型敷料是该领域发展的一个重要方向。而对于甲壳素和壳聚糖类药物缓/控释载体材
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从全球范围来看,随着经济社会的发展,国民生活水平的不断提升,人们对于生物医学材料的需求正在急剧增加,而医用抗菌敷料和药物载体是其中备受关注的两大类材料。传统敷料尽管价廉易得,具有保护创面和吸收渗液的作用,但也存在诸如无法润湿创面、细菌易渗入、易与创面粘连和换药时造成二次创伤等问题。因此,制备兼具抗菌、润湿性和生物可降解性的新型敷料是该领域发展的一个重要方向。而对于甲壳素和壳聚糖类药物缓/控释载体材料,由于其溶解性差、材料机械强度小和药物释放速度慢等固有的缺陷而在某种程度上限制了它们的应用。如何克服其固有的缺点开发出满足药物释放要求和提供稳定血药浓度的缓/控释体系是这一领域亟需解决的问题。细菌纤维素(BC)具有超强的保水能力、高纯度、高结晶、湿态下优异的力学强度以及良好的生物相容性而被认为是制备医用高分子材料的理想原料之一。壳聚糖(CS)具备许多优良的特性,如透气性、水蒸气渗透性、生物相容性、抗菌性和止血功能,在医用皮肤敷料和药物释放领域受到广泛的关注。这类天然高分子在生物医用材料领域一直备受青睐,采用复合或共混的方式,可以充分发挥各自的优势,构建出以应用为导向的新型医用高分子材料。但简单的物理共混,容易因相分离而使复合材料性能劣化,因此本论文以细菌纤维素、壳聚糖为原料,采用原位化学交联的方式制备细菌纤维素-壳聚糖复合水凝胶并通过体外实验初步探讨了其在医用皮肤敷料和药物传输中的应用。本文的研究内容如下:(1)利用不同浓度的NaIO4溶液将BC氧化成双醛基细菌纤维素(OBC),然后OBC置于不同浓度的壳聚糖溶液中进行原位交联得到细菌纤维素-壳聚糖复合水凝胶(BCCS)。采用TGA、FTIR、SEM、元素分析和流变检测等方法对该水凝胶的热力学性质、化学结构、形态特征及力学性能进行了分析。元素分析的结果表明,当Na IO4浓度为0.4%(w/v),OBC中醛基的含量高达14.29mg/g;当CS的用量为2.0%(w/v)时,对应的BCCS水凝胶中CS的结合量为19.33%。经FTIR表征,显示1550cm-1附近出现C=N结构的伸缩振动峰信号说明OBC的醛基和CS中的氨基通过席夫碱反应发生了交联。经旋转流变仪表征,频率范围为0.1 rad/s-100 rad/s,结果显示储能模量(5KPa-9KPa)远远大于损耗模量(1KPa-2KPa),表明所制备水凝胶是一种弹性体,有着良好的机械强度,这一结论为下面两部分的工作提供了基础。(2)上述复合水凝胶的抗菌性能因CS所带氨基被交联反应部分消耗而略显不足,抑菌圈直径仅仅12mm,OD值测试抑菌率不超过30%。因此,论文中采用原为化学沉积法将纳米Zn O负载于该凝胶中以制备Zn O@BCCS水凝胶。经检测该凝胶的抑菌圈可达到20mm以上,抑菌率超过70%。同时,还通过各种表征技术(热重分析、红外光谱、材料试验机、场发射扫描电子显微镜等)研究了该水凝胶的形态、力学、化学和物理性质。结果显示,Zn O@BCCS水凝胶具有良好的压缩性能和热稳定性。通过调控氧化锌含量来改善水凝胶抗菌性能和力学性能,结果显示,负载纳米氧化锌的水凝胶的压缩强度最高可达440KPa,是BC的15倍。在抗菌试验中,0.05MZn O@BCCS水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别为78.9%和77.6%。体外毒性实验表明水凝胶无细胞毒性。综合以上结果可以看出,该凝胶具有良好的力学性能和优异的抗菌性,有望作为一种新型可生物降解的抗菌敷料替代传统敷料。(3)此外,以BC和CS为水凝胶基体,在引发剂的作用下,通过氧化还原聚合反应将丙烯酸链段引入BC和CS的侧链中制备出p H响应性水凝胶。采用TGA、FTIR、SEM及材料试验机研究该水凝胶的热力学性质、化学结构、形态特征及力学性能。从SEM照片的观察中发现,水凝胶样品呈现丰富的多孔结构,但孔隙的规整度随着BC添加量的增加逐渐变差。FTIR结果显示BC和CS之间存在共价键连接。该水凝胶的最大压缩强度可达330.9KPa,最大拉伸强度可达21.3 KPa。水凝胶在不同p H值缓冲溶液中的溶胀行为研究结果显示水凝胶的溶胀具有p H依赖性,且BC/CS不同配比所得系列凝胶的最小平衡溶胀率均出现在p H3.5-p H5,而在更低或者更高的p H情况下,平衡溶胀率均显著增加。体外模拟实验的结果显示,被担载药物—萘普生在模拟胃液中的累积释放量小于在模拟肠液中的,可以实现在肠道定向释放,并且持续释放时间超过24小时,该水凝胶在肠道药物缓释方面具有良好的应用前景。
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