【摘 要】
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壳聚糖物理水凝胶因其多孔网状的三维结构、无毒性、可降解性以及优异的生物相容性等优点常被作为一种理想的医用生物材料,用于医用敷料、生物组织工程等生物医用材料领域。但由于纯壳聚糖物理水凝胶机械性能差,细胞黏附性低,这些缺点极大地限制了其在临床和生物材料领域的进一步应用。本论文以造纸打(磨)浆法制备的壳聚糖纳米纤维(CSNFs)为原料提出和构建了一种具有良好力学性能的壳聚糖物理水凝胶,进一步引入透明质酸
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壳聚糖物理水凝胶因其多孔网状的三维结构、无毒性、可降解性以及优异的生物相容性等优点常被作为一种理想的医用生物材料,用于医用敷料、生物组织工程等生物医用材料领域。但由于纯壳聚糖物理水凝胶机械性能差,细胞黏附性低,这些缺点极大地限制了其在临床和生物材料领域的进一步应用。本论文以造纸打(磨)浆法制备的壳聚糖纳米纤维(CSNFs)为原料提出和构建了一种具有良好力学性能的壳聚糖物理水凝胶,进一步引入透明质酸(HA)后使其获得了良好的pH响应特性,在医用敷料和组织工程领域展现了广泛的应用前景。此外,还利用壳聚糖纳米纤维的特性,与硫酸作用后一步法制备出硫酸根交联的壳聚糖纳米纤维水凝胶。具体如下:以造纸中打(磨)浆技术制备的壳聚糖纳米纤维为原料,采用微溶解的方法成功制备了壳聚糖纳米纤维水凝胶,并考察了壳聚糖纳米纤维浓度对水凝胶性能的影响。该方法可以很大程度地降低交联剂β-甘油磷酸二钠(β-GP)的浓度,从而可以避免由高浓度的β-GP引起的毒性。通过调节壳聚糖纳米纤维的含量,可以控制成凝胶的时间,并制备出不同孔径的纳米壳聚糖纤维水凝胶,随着壳聚糖纳米纤维含量的增加,水凝胶的成胶时间逐渐缩短,内部孔洞孔径变小。所制备的壳聚糖纳米纤维凝胶有较高的弹性模量,最高可达10 KPa。在0.1 HZ~100 HZ频率范围内,壳聚糖纳米纤维水凝胶内部结构稳定,可在正常搬运以及移动过程中保持其物理性质稳定。此外,在25℃~65℃温度范围内,壳聚糖纳米纤维水凝胶具有良好的热稳定性,可在人体内稳定地保持其物理性质。为了进一步扩展采用造纸打(磨)浆法壳聚糖纳米纤维所制备的水凝胶的应用,本论文以该壳聚糖纳米纤维为原料,通过引入透明质酸,制备了具有优异机械性能和pH响应型的智能水凝胶。透明质酸的引入,缩短了凝胶时间,赋予了水凝胶较好pH响应药物释放特性,并进一步提高了壳聚糖物理水凝胶的机械性能。将其包埋药物后,在中性条件下,药物累计释放量不足30%,5h之后不再释放。在酸性条件下,促发药物大量释放,药物释放持续释放可达30h,累计释放量最高接近100%。通过动力学模拟,壳聚糖纳米纤维含量为1.0%与1.5%的水凝胶中的药物在pH=4条件下,更符合一阶模型,主要是由浓度差驱动扩散。其他水凝胶中的药物释放符合Ritger-Peppas模型,菲克扩散占主导地位。此外,采用造纸打(磨)浆法壳聚糖纳米纤维制备的水凝胶,其表面粗糙,相对于壳聚糖粉末制备的水凝胶,对细胞黏附性更好。本研究还结合造纸打(磨)浆法壳聚糖纳米纤维的特性,采用一定浓度的硫酸与其作用,一步法制备了硫酸根交联的壳聚糖物理水凝胶。目前,采用硫酸根交联制备物理水凝胶的方法中,因为采用硫酸根交联时局部交联速度太快,不能形成均匀的凝胶。本论文中,由于采用的壳聚糖纳米纤维比表面积大,在水中具有较好的分散性,滴加硫酸后,壳聚糖上游离的氨基更容易被质子化,硫酸根迅速与其产生静电吸附作用,CSNFs边酸解边交联,加上壳聚糖链之间缠结作用,可快速形成凝胶。该方法简单快速,并且制备的水凝胶具有自愈性,能通过0.45 mm的注射针头。综上所述,本论文基于造纸打(磨)浆法壳聚糖纳米纤维制备的物理水凝胶具有优异的机械性能,较好的生物相容性。初步研究发现,该凝胶对癌细胞具有较好的黏附性能且负载在水凝胶中的抗癌药物释放量可依据在肿瘤生长pH值的变化而变化,这些用途表明该水凝胶可作为手术后(特别是肿瘤切除手术)恢复的功能性伤口敷料,在促进伤口愈合、清除创面残余病变组织等术后管理方面具有潜在的应用价值。
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