生物活性玻璃/氧化海藻酸钠/明胶复合水凝胶的制备及性能研究

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寻求一种能快速修复皮肤损伤的创面修复材料是临床和科研工作者亟待解决的难题。本文基于动态亚胺键合成了一种具有自修复性能的氧化海藻酸钠/明胶水凝胶(OSA/Gelatin),并且掺杂不同粒径大小的生物活性玻璃(BG)制备出的生物活性玻璃/氧化海藻酸钠/明胶(BG/OSA/Gelatin)水凝胶。通过调节高碘酸钠与海藻酸钠结构单元的摩尔比制备了具有不同氧化度的海藻酸钠,并研究了BG/OSA/Gelatin水凝胶的微观形态、粘弹性能、溶胀性能、自修复性能、降解性能、力学性能等。主要工作如下:采用溶胶-凝胶法制备出三种非晶结构的生物活性玻璃分别为BG-1、BG-2、BG-3,所制得的组成成分分别为BG-1(62%Si O2,34%Ca O,4%P2O5)、BG-2(65%Si O2,35%Ca O)、BG-3(53%Si O2,26%Ca O,21%P2O5),其粒径大小分别为94nm、403nm、1115nm。由于BG-1分散效果较好且平均粒径较小,以下实验所用的生物活性玻璃均为BG-1,但为了确保实验具有对比性,选取粒径较大的BG-3做对比实验。以高碘酸钠为氧化剂,将海藻酸钠进行改性,通过研究海藻酸钠的氧化度,以反应温度、高碘酸钠和海藻酸钠结构单元的摩尔比和反应时间为三因素影响因子,以氧化度为响应值,设计了三因素三水平的响应面分析实验得出最佳合成条件:温度为35℃,高碘酸钠和海藻酸钠结构单元的摩尔比为0.6,反应时间为5h,所制备出的海藻酸钠氧化度最高。并用盐酸羟胺-显色滴定法测得海藻酸钠的氧化度。通过比较氧化前后海藻酸钠的红外光谱和核磁共振氢谱表明:高碘酸钠成功氧化了海藻酸钠分子链。氧化海藻酸钠与明胶在37℃下发生席夫碱(Schiff碱)反应生成共价交联型水凝胶。从红外光谱中可看出氧化海藻酸钠醛基的C=O转变为Schiff碱结构的C=N,从而可以降低醛基的潜在生理毒性。从而改变了海藻酸钠的结构且氧化后所得醛基与明胶链上的氨基发生Schiff碱反应产生了C=N双键。研究了不同粒径大小的BG掺入到明胶/氧化海藻酸钠水凝胶体系中,通过SEM可看出海藻酸钠的氧化度越高与明胶发生席夫碱反应所形成的的网络越致密,通过溶胀率测试表明越致密的网络水凝胶的吸水率越低。而BG/OSA/Gelatin水凝胶在无外界刺激的条件下24h能够实现自修复。在模拟生理条件下,海藻酸钠的氧化度越低,降解速率较快,其中水凝胶2的降解速率最快,一天内质量损失约为总质量的43%,而水凝胶3降解速率最慢。高氧化度的海藻酸钠和粒径较小且分散较好的生物活性玻璃均可提高水凝胶的力学性能,因此水凝胶3、4的拉伸强度和压缩强度明显高于水凝胶1、2,通过对四种复合水凝胶水蒸气透过率(WVTR)的测定表明水凝胶有良好的保湿能力,在用作伤口敷料可以保证伤口与外界的气体交换,保持创面湿润,促进创伤恢复。
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