基于超支化聚缩水甘油醚的复合功能导电水凝胶构建与功能评价

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纱布等传统敷料存在对伤口封闭不严、易发生感染、存在对伤口的二次伤害等问题。为了提升伤口治愈质量保证患者安全,开发新型促伤口愈合材料势在必行。复合功能型促伤口愈合水凝胶是最有潜力替代传统敷料的新型敷料,是未来医用水凝胶的发展方向。近期研究发现,电刺激能显著促进伤口愈合。因此,本课题以超支化聚缩水甘油醚(HBPG)、天然高分子壳聚糖(CS)、类人源胶原蛋白(HLC)、导电石墨烯(Gr)和二维碳化钛(MXene)为基材构筑了兼具快速凝胶、自愈合、抗菌、热稳定和生物相容性良好、力学性能较强的多功能止血导电水凝胶,该水凝胶还具有促组织再生和传感功能。主要研究内容包括:(1)基于超支化聚缩水甘油醚水凝胶(CHgel及CHHgel)的制备及性能研究。首先采用阴离子开环聚合法,以缩水甘油为单体合成了 HBPG,再氧化制得氧化度为51.59%的HBPG-CHO(氧化超支化聚缩水甘油醚);依据席夫碱反应,将HBPG-CHO接枝到CS分子上,制备水凝胶CHgel;制备条件为:CS和HBPG-CHO质量比1:1.25,温度37℃,凝胶时间45 s。在CHgel中继续引入20%(以CHgel质量计)HBPG制备水凝胶CHHgel;并通过FT-IR、SEM、XPS等对CHgel、CHHgel的结构性能进行测试,结果表明,CHgel和CHHgel均具有致密的三维网络状多孔结构,较好的粘附性,自愈合性和亲水性。由于氢键作用使得CHHgel的力学性能及热稳定性大幅提升。CHgel 对于E.coil和S.arueus的抑菌率分别为 91.9%,82.6%,CHHgel分别为86.9%,73.9%,MTT实验结果显示二者均有促进细胞黏附、生长和增殖及良好的生物相容性。(2)基于超支化聚缩水甘油醚/HLC复合水凝胶(CHHCgel)的制备及性能研究。用HLC改性CHHgel进一步提升其生物相容性,制备了 CHHCgel,并进行结构性能分析,结果表明,CHHCgel内部的三维多孔网状结构更加均匀、致密。同时,其亲水性、粘附性、自愈合性和抗菌性更加优异。体内生物相容性实验表明CHHCgel能显著促进中国仓鼠肺洗脑细胞(CHL)的生长和增殖。(3)基于超支化聚缩水甘油醚复合功能导电水凝胶CHHCMgel的制备及性能研究。将MXene、Gr与CHHCgel复合制备了 CHHCMgel。并进行结构性能分析,结果表明,CHHCMgel具有均匀致密的多孔三维网络状结构,且明显观察到Gr的片层结构及MXene的手风琴结构,CHHCMgel的抗热分解能力显著提高,同时亲水和力学性能、自愈合性、粘附性均较好。抗菌实验结果显示,CHHCMgel的抗菌性显著提升,对于E.coil和S.arueus的抑菌率分别为95.4%和94.2%。CHHCMgel的电导率为6.25 S/m,能够形成闭合回路,具有灵敏的皮肤传感性能,能够为伤口创面的健康、运动提供数据参考,实现“伤口治疗-健康监测”一体化。此外,CHHCMgel具有较优的生物相容性,能够明显促进细胞的生长及增值,在增加电刺激(ES)后,CHHCMgel能显著促进细胞的生长行为。(4)超支化聚缩水甘油醚基水凝胶的体内止血与伤口愈合性能评价。采用大鼠肝脏缺损致死模型为止血模型,以止血时间和失血量为评价指标,系统地对CHgel、CHHgel、CHHCgel和CHHCMgel的体内止血性能进行评价。结果表明,CHHCMgel的止血时间为128 s,相比于对照组的止血时间缩短了近两倍,且明显优于CHgel、CHHgel。同时,以大鼠背部全层皮肤创伤为动物模型,系统地对CHgel、CHHgel、CHHCgel、CHHCMgel和CHHCMgel+ES的体外促皮肤创面修复能力进行了考察。结果表明,CHHCMgel+ES的皮肤修复效果最优,术后10天其愈合率可达100%。通过组织切片染色及免疫组化法对修复后皮肤中各新生组织的表达进行了观察,CHHCMgel+ES刺激疗法显示出的胶原沉积程度最高,有明显的大量新生血管,新生肉芽组织及皮肤附属器,此外,CD31的阳性表达最为显著。进一步验证了CHHCMgel+ES多功能新型医用伤口敷料在促进组织修复与再生的巨大性能优势,为构建新型医用伤口敷料提供一定的理论与实践基础。
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