人工角膜用细菌纤维素复合材料的制备及性能研究

论文摘要

目前,全球由于角膜疾病而致盲的人数超过一千万,角膜移植是他们复明的主要方法。对于不能接受角膜移植术的患者来说,人工角膜植入术是这些患者恢复视力的唯一希望。当前人工角膜材料由光学中心和周边支架两部分组成,通常由于光学中心与支架、支架与眼组织的结合力差而造成移植手术的失败,此外,常用的人工角膜材料（如PMMA、PHEMA、PVA和硅凝胶等）存在着生物相容性和力学性能差等缺点。细菌纤维素（BC）具有精致的三维纳米网状结构,较好的生物相容性,高的持水性和力学性能,可同时用作支架和光学中心材料。BC作为人工角膜材料虽然具有许多优点,但是它透明性较低,易被细菌感染。针对BC的不足之处,本文对其进行改性,制备了BC/PVA和BC/PHEMA透明复合材料,并采用XRD、FTIR、TG和DSC等手段研究了复合材料的结构、含水率、透光率、热稳定性以及力学性能等。本研究分别以冷冻-熔融法和自由基本体聚合法制备了BC/PVA和BC/PHEMA复合材料。研究结果表明,BC/PVA复合材料的含水率高达73%,与天然角膜的含水率（78%）非常接近,但是BC/PHEMA复合材料的含水率较低（约37%）,需要进一步提高;两种复合材料对可见光具有良好的透光率,同时对紫外光有一定的吸收作用,其中BC/PHEMA复合材料的透光率在80%～88%之间,而BC/PVA复合材料的透光率可达90%以上。TG和DSC分析结果表明,两种复合材料的热分解温度与纯PVA和PHEMA相比都有较大程度的提高,而且随BC含量的提高而提高。复合材料的力学性能测试结果表明,两种复合材料的杨氏模量和拉伸强度显著高于未增强的基体材料,且随BC质量分数的增加而增加;但是复合材料的断裂伸长率有一定程度的降低。两种复合材料的光学性能、热稳定性和力学性能都能满足人工角膜材料的要求,其中BC/PVA复合材料的含水率、透明性和力学性能均高于BC/PHEMA复合材料。由此可见,BC/PVA复合材料的综合性能优于BC/PHEMA复合材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 人工角膜
• 1.2.1 角膜
• 1.2.2 生物医用材料
• 1.2.3 人工角膜的发展
• 1.2.4 人工角膜的分类
• 1.2.5 人工角膜的材料
• 1.3 细菌纤维素
• 1.3.1 细菌纤维素的产生菌种
• 1.3.2 细菌纤维素的结构
• 1.3.3 细菌纤维素的性质
• 1.3.4 细菌纤维素的合成
• 1.3.5 细菌纤维素的应用
• 1.4 本课题研究的背景、意义及内容
• 1.4.1 实验研究背景及意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 论文创新点
• 第二章 BC/PVA透明复合材料的制备及性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及药品
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 BC及BC/PVA透明复合的制备工艺
• 2.3 复合材料的表征方法
• 2.3.1 透光率测定
• 2.3.2 含水率测定
• 2.3.3 X射线衍射分析
• 2.3.4 热重和差示扫描量热分析
• 2.3.5 拉伸性能测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 BC对复合材料含水率的影响
• 2.4.2 复合材料的透光率
• 2.4.3 XRD分析
• 2.4.4 热性能分析
• 2.4.5 拉伸性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 BC/PHEMA透明复合材料的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 PHEMA合成原理
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验材料及药品
• 3.3.2 实验仪器及设备
• 3.3.3 BC/PHEMA透明复合材料制备工艺
• 3.4 复合材料的表征方法
• 3.4.1 复合材料BC含量的计算
• 3.4.2 扫描电子显微镜分析
• 3.4.3 平衡含水率
• 3.4.4 透光率测定
• 3.4.5 红外分析
• 3.4.6 热重和差示扫描量热分析
• 3.4.7 拉伸性能测试
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 BC/PHEMA透明复合材料中的BC质量分数
• 3.5.2 BC/PHEM 透明复合材料的微观形貌
• 3.5.3 BC含量对复合材料平衡含水率的影响
• 3.5.4 复合材料的透光率
• 3.5.5 红外分析
• 3.5.6 热性能分析
• 3.5.7 拉伸性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 全文结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢