论文部分内容阅读
本文以壳聚糖(CS)、透明质酸(HA)和海藻酸钠(SA)等来源丰富且具有较好生物相容性的天然多糖为原料,并对其进行功能化改性。利用其改性后聚合物骨架侧链的功能化官能团间的迈克尔加成反应实现原位化学交联成型,制得生物相容性较好且物理化学性能可调的多糖基原位成型水凝胶,反应条件温和,且无需添加其他的化学交联剂,可作为原位成型组织工程支架材料用于生物医学领域。分别利用马来酸酐和衣康酸酐对壳聚糖进行功能化改性,制备马来酰化壳聚糖(CS-MA)和衣康酰化壳聚糖(CS-ITA),并探讨了不同的反应条件对产物双键含量的影响。1H NMR、ATR-FTIR和UV等测试结果证明,成功在CS聚合物骨架侧链引入活性不饱和碳碳双键反应位点,且优化制备条件所得产物CS-MA不饱和碳碳双键含量为1860.68±42.81μmol/g,而CS-ITA不饱和碳碳双键含量为1068.94±26.49μmol/g,取代度比CS-MA低,但所引入的不饱和碳碳双键反应活性更高。利用碳二亚胺偶联剂分别活化HA和SA的羧基与L-半胱氨酸上的氨基发生缩合反应形成酰胺键制备巯基化透明质酸(HA-SH)和巯基化海藻酸钠(SA-SH),并探讨了不同的反应条件对产物巯基含量的影响。1H NMR和UV等测试结果证明,成功在聚合物骨架侧链引入活性巯基,且优化制备条件所得产物HA-SH游离巯基含量为330.62±18.83μmol/g、总巯基含量为1071.58±29.00μmol/g,而SA-SH游离巯基含量为97.35±10.19μmol/g、总巯基含量为298.90±1.56μmol/g。利用CS-MA和CS-ITA侧链含有的活性不饱和碳碳双键与HA-SH和SA-SH含有的游离巯基,通过迈克尔加成反应形成化学交联网络,分别制备CS-MA/HA-SH、CS-ITA/HA-SH和CS-MA/SA-SH三种多糖基原位成型水凝胶,反应条件温和,且无须其他化学交联剂。通过小瓶倒置法测得三种体系的多糖水凝胶均于15 min内完全凝胶,ATR-FTIR测试证明了每个体系中两凝胶前驱体间迈克尔加成反应的发生。通过SEM、溶胀率和旋转流变仪等测试,发现这三种水凝胶的性能与其nthiol/nvinyl摩尔投料比有关:nvinyl投料增多,水凝胶的储存模量增加,同时孔隙率和溶胀比降低。CS-MA/HA-SH和CS-ITA/HA-SH双交联原位成型水凝胶,是在其原有迈克尔加成化学交联体系中,通过β-甘油磷酸钠(β-GP)调控CS疏水、氢键作用引入物理交联网络而获得。这种双交联体系的凝胶性能随nthiol/nvinyl摩尔投料比的变化规律与单交联体系类似,且物理交联网络的引入可形成更紧密的交联网络结构,起到增强体系力学性能的作用。此外,nthiol/nvinyl=4:4所制备的CS-MA/HA-SH和CS-ITA/HA-SH单、双交联水凝胶均对金黄色葡萄球菌产生明显的抗菌活性,且双交联体系水凝胶的抗菌效果更明显,有利于其在生物医学领域的应用。CS-MA/SA-SH双交联原位成型水凝胶是其原有迈克尔加成化学交联体系中,引入Ca2+与SA-SH羧基的链间离子交联网络而获得,起到完善与增强凝胶网络结构的作用,并赋予水凝胶体系一定的可愈合能力。通过流变学弹性回复测试、宏观及微观界面观察、压缩强度测试等,探讨单交联水凝胶的自愈合能力,推测单交联水凝胶本身的自愈合可能是由于界面未反应游离巯基氧化成二硫键或小分子β-GP迁移至裂缝贴合界面致使界面局部pH升高至碱性,促使界面处二硫键处于断裂和重键动态平衡从而实现凝胶网络的重建,愈合效率约79.3%,但愈合时间较长。通过外加Ca2+在CS-MA/SA-SH水凝胶体系中引入离子交联网络可于30 s内实现裂缝的快速愈合,愈合效率约76.2%,而且这种方法还可以与支架切块实现结合形成凝胶-支架整体。此外,还可以利用该水凝胶体系的可双交联特性,赋予水凝胶两级形状可塑特性:通过迈克尔加成化学交联原位成型赋予一级形状,再通过离子交联固定,赋予二级形状,以更好地适应对植入形状要求高的生物医学领域应用。