光交联羟丙基壳聚糖水凝胶材料的制备及其应用

论文摘要

通过在水溶性羟丙基壳聚糖的氨基上引入有光反应活性的叠氮基团（4-叠氮苯甲酸）,我们制备了一种光可交联的叠氮化羟丙基壳聚糖。用NMR、FT-IR、元素分析表征了其化学结构及叠氮基取代度。这种叠氮化羟丙基壳聚糖的水溶液（25mg/ml）能够在4W, 254nm的紫外灯下照射90秒而交联成为水凝胶。本论文主要考察其作为伤口敷料、组织工程支架材料及多层皮肤修复材料方面的应用。首先,利用光引发叠氮化羟丙基壳聚糖的交联,可以在伤口处原位形成壳聚糖水凝胶膜。这种稳定、柔韧、透明的水凝胶膜具有平滑、完整、致密的网络状结构。和预制敷料相比,它具有对伤口的良好顺应性、一定的黏附性、使用上的方便与舒适性、和能阻止细菌入侵等优点。我们测试了这种水凝胶膜（0.1mm厚）的吸水率、水蒸气透过率、保水率、跟皮肤的黏附强度。测得的结果分别为97.096.3%, 29342561g/m2/day, 36.6922.94% （6天后）, 4.812.3N/cm2,显示出这种原位形成的水凝胶膜能够在伤口上长时期维持有利于再上皮化的湿润微环境。这种水凝胶膜同时具有作为伤口敷料应有的屏障作用,不仅能阻断细菌的穿透,而且能保证有充足的氧气透过。两种典型的皮肤细胞（真皮成纤维细胞和上皮角质化细胞）体外实验显示出这种水凝胶膜不具有细胞毒性且不影响皮肤细胞正常的生长和分化。综上,光交联原位形成的羟丙基壳聚糖水凝胶膜是一种理想的伤口敷料,具有较大的应用潜力。其次,光交联羟丙基壳聚糖水凝胶可以作为组织工程支架材料。将形成的光交联羟丙基壳聚糖水凝胶,在–80°C预冻后,再冻干制得支架。用扫描电镜、孔度测量、力学强度实验、溶胀度实验、体外降解实验、体外释放牛血清白蛋白（BSA）等实验研究了这种支架的性质。结果表明这种支架的孔径、孔隙率、拉伸应力、拉伸应变、溶胀度、降解及释药行为都可以通过控制叠氮基取代度而进行调控。当叠氮基取代度由2.8%增加至5.6%时:（i）支架的孔径增大了两倍,支架的孔隙率也有所增加。这是由于叠氮基取代度的增加使得交联过程中产生了更多的氮气,这些氮气起到致孔剂的效果;（ii）拉伸应力与拉伸应变增大了近三倍,主要因为在相对高的交联度下有了更多的交联点和更大的孔径与孔隙率;（iii）支架的溶胀度和降解速度有所降低,这是因为交联使支架产生了更加紧密的网络结构。初步的细胞培养实验证明光交联羟丙基壳聚糖支架具有很好的生物相容性,可以满足组织再生的需要。第三,将支架和水凝胶膜的优点结合起来制备了一种原位形成用于完全皮肤损伤修复的双层壳聚糖材料。这种双层壳聚糖敷料由一层致密的光交联羟丙基壳聚糖膜和一层海绵状光交联羟丙基壳聚糖支架所构成。其上层为原位形成的伤口敷料,具有合适的黏附性、伤口顺应性、阻菌性及透气性;下层为海绵状光交联羟丙基壳聚糖支架,能够促进成纤维细胞的粘附及其生长。因此这种双层结构的壳聚糖生物材料能够作为治疗全程皮肤损伤的伤口敷料或皮肤替代物。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 壳聚糖在伤口敷料中的应用
• 1.2 壳聚糖在组织工程中的应用
• 1.3 本课题的研究意义
• 参考文献
• 第2章 作为单层伤口敷料的原位光交联羟丙基壳聚糖水凝胶膜
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 光交联羟丙基壳聚糖（Az-HPCS）的制备
• 2.2.3 光交联羟丙基壳聚糖（Az-HPCS）水凝胶膜的制备
• 2.2.4 形貌观察
• 2.2.5 吸水率
• 2.2.6 水蒸气透过率
• 2.2.7 失水率
• 2.2.8 黏附力
• 2.2.9 细菌渗透性
• 2.2.10 氧气渗透性
• 2.2.11 细胞培养
• 2.2.12 体外细胞毒性实验
• 2.2.13 水凝胶膜对细胞生长的影响
• 2.2.14 统计分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Az-HPCS 的制备
• 2.3.2 Az-HPCS 水凝胶膜的制备
• 2.3.3 Az-HPCS 水凝胶膜的吸水率
• 2.3.4 Az-HPCS 水凝胶膜的水蒸气透过率
• 2.3.5 Az-HPCS 水凝胶膜的保水率
• 2.3.6 Az-HPCS 水凝胶膜的黏附强度
• 2.3.7 Az-HPCS 水凝胶膜的阻菌性
• 2.3.8 Az-HPCS 水凝胶膜的透氧率
• 2.3.9 Az-HPCS 水凝胶膜的细胞毒性实验
• 2.3.10 Az-HPCS 水凝胶膜对细胞增殖的影响
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第3章 光交联羟丙基壳聚糖支架的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 紫外光制备Az-HPCS 支架
• 3.2.3 Az-HPCS 支架的形貌观察
• 3.2.4 Az-HPCS 支架的孔径和孔隙率
• 3.2.5 Az-HPCS 支架的力学测试
• 3.2.6 Az-HPCS 支架的溶胀行为
• 3.2.7 Az-HPCS 支架的体外降解行为
• 3.2.8 Az-HPCS 支架的体外释药行为
• 3.2.9 细胞培养实验
• 3.2.10 统计分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Az-HPCS 支架的微孔结构
• 3.3.2 Az-HPCS 支架的力学性能
• 3.3.3 Az-HPCS 支架的溶胀行为
• 3.3.4 Az-HPCS 支架的体外降解行为
• 3.3.5 Az-HPCS 支架的体外释药行为
• 3.3.6 Az-HPCS 支架的生物相容性
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第4章 原位形成的双层光交联羟丙基壳聚糖敷料
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 双层壳聚糖材料的制备
• 4.2.2 形貌观察
• 4.2.3 力学性能测试
• 4.2.4 细胞培养
• 4.2.5 统计分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第5章 结论
• 致谢
• 附录：硕士在读期间发表论文