魔芋葡甘聚糖/Ⅱ型胶原/壳聚糖三相复合材料的制备及性能研究

论文摘要

皮肤是人体最大的器官,由于烧伤、静脉曲张、血管炎、皮肤癌等引起的溃疡以及急性创伤导致的皮肤缺损,常常由于缺乏可移植的自体皮片而使创面修复困难,虽然目前有自体皮移植、异体皮移植等诸多方法,但都不能满足需要,且存在一定局限性,故研究开发具有良好生物相容性的、在植入体内后可以自行生物降解的、可用于器官和软、硬组织的重建与修复的组织工程材料成为必然。针对目前研究应用于组织工程皮肤高分子薄膜的吸湿性和透水性差的问题,特此提出制备以魔芋葡甘聚糖（Konj ac Glucomannan,KGM）为基的共混膜。KGM是天南星科魔芋属植物产生的天然高分子物质,是一种具有良好成膜性并易降解的材料,成膜后具有较好的力学性能,但却不具备生物相容性；Ⅱ型胶原蛋白（CollagenⅡ, COLⅡ）是人体和脊椎动物体现韧性的主要结构蛋白,具有良好的生物学特性,但存在力学性能差,降解快等缺陷；壳聚糖（Chitosan,CS）是一种生物相容性好、成膜性好及生物可降解的天然高分子化合物,是一种很有潜力的组织工程支架材料,但却很难降解。三者单独使用时都具有不同的缺陷,难以满足组织工程对生物材料性能的要求,故本论文在此基础上提出以KGM.COLⅡ.CS为主要原料来制备三相复合材料,从而以弥补三者各自使用的不足。本论文中以KGM.COLⅡ.CS为主要原料,甘油、36%乙酸等为辅料,通过正交设计制定了三相复合膜的正交设计方案L9（34）,采用溶液共混法来制备KGM/COLⅡ/CS三相复合膜,以共混膜的力学性能的断裂伸长率和拉伸强度及膜的表面性能的膜厚和吸水率作为综合考核指标,从而订出最佳原料配比：KGM为1.0000g.COLⅡ为0.6000g、CS为0.5000g、甘油0.200ml、36%乙酸0.500ml、蒸馏水1 OO.00ml来制备该膜。最佳KGM/COLⅡ/CS三项复合膜的拉伸强度为86.3MPa,断裂伸长率为8.8%,膜厚为0.124mm,吸水率可达700%,这样能够减少共混皮肤膜的积液、防止细菌繁殖。KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜具有较好的水蒸气透过系数,达到了2.49g.mil/day,m2.Pa；通过XRD分析,材料共混后,CS脱除了特征基团-乙酰基,KGM.COLⅡ影响了CS的结晶性能,故共混皮肤膜呈现无定形状态。由FT-IR分析可得KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜中三者单相的一级结构均无改变,但之间有强烈的氢键作用；KGM中乙酰基大量被脱除,且羟基也发生改变；CS的脱乙酰度也较高。由KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜的透光率（<50%）和干态显微形貌、湿态SEM电镜综合分析可反映出三者之间具有较好的相容性,且成膜性能也很优异。KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜体外模拟降解实验结果分析表明共混皮肤膜的体外降解周期为6周左右,与人体皮肤组织的新陈代谢时间4-5周较符合。体外兔骨髓间充质干细胞和人体牙周膜成纤维细胞的体外培养试验证明了KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜具有良好的细胞亲和性及相容性,并用体外兔骨髓间充质干细胞进行了动物实验和人体牙周膜成纤维细胞进行了细胞的肌肉反应,以上实验均证明该材料可以作为可推广的皮肤支架工程材料的医学应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 组织工程学简介
• 1.2.1 组织工程分类
• 1.2.2 皮肤组织工程
• 1.3 皮肤组织工程的组成
• 1.3.1 支架材料
• 1.3.2 间充质细胞
• 1.3.3 细胞生长因子
• 1.4 皮肤组织工程常用生物材料
• 1.4.1 天然生物可降解材料
• 1.4.2 人工合成生物可降解高分子材料
• 1.5 皮肤组织工程替代物
• 1.5.1 人工皮肤材料
• 1.5.2 国际商品化皮肤代用品
• 1.5.3 皮肤组织工程对材料的要求
• 1.6 国内外皮肤组织工程研究进展
• 1.7 课题的提出及其研究意义
• 第二章 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料的制备理论
• 2.1 KGM
• 2.1.1 KGM的化学成分
• 2.1.2 KGM的结构
• 2.1.3 KGM的物理化学性质
• 2.1.4 KGM的改性
• 2.1.5 KGM的功能与应用
• 2.1 .6 KGM的复合材料
• 2.2 COL
• 2.2.1 胶原和胶原蛋白
• 2.2.2 COL的结构和性质
• 2.2.3 COL的种类和存在
• 2.2.4 COL Ⅱ
• 2.2.5 COLⅡ的功能与应用
• 2.2.6 COLⅡ的复合材料
• 2.3 CS
• 2.3.1 CS的结构和性质
• 2.3.2 CS的应用和功能
• 第三章 KGM/COLⅡ/CS三项复合材料的制备及检测
• 3.1 实验所用仪器及设备
• 3.2 实验所用原料
• 3.3 实验方案及路线
• 3.4 实验过程
• 3.4.1 CS溶解过程
• 3.4.2 KGM/COLⅡ/CS的膜液制备
• 3.4.3 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料的制备流程
• 3.4.4 制样检测准备
• 3.5 样品检测
• 3.5.1 力学性能检测
• 3.5.2 膜的厚度（thickness）
• 3.5.3 吸水率（water absorptivity）
• 3.5.4 水蒸气透过系数（Water Vapor Permeability,WVP）
• 3.5.5 透光率（Transmittance）
• 3.5.6 X射线衍射分析（XRD）
• 3.5.7 红外光谱分析（IR）
• 3.5.8 样品表面形态观察
• 3.5.9 生物降解性能
• 3.5.10 细胞相容性
• 第四章 实验结果分析及讨论
• 4.1 正交实验结果分析
• 4.2 力学性能分析
• 4.2.1 拉伸强度测试结果分析
• 4.2.2 断裂伸长率测试结果分析
• 4.3 膜的表面性能分析
• 4.3.1 膜厚测试结果分析
• 4.3.2 吸水率测试结果分析
• 4.4 水蒸气透过系数测定
• 4.5 透光率分析
• 4.6 XRD分析
• 4.7 IR分析
• 4.8 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料的形貌观察
• 4.8.1 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料的干态形貌观察
• 4.8.2 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料的湿态形貌观察
• 4.9 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料降解性能分析
• 4.10 KGM/COLⅡ/CS三相复合材料细胞相容性分析
• 4.10.1 细胞在共混材料表面的粘附机理
• 4.10.2 KGM/COLⅡ/CS三相复合膜的细胞毒性和相容性分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 有关图表数据