仿貽貝高強(qiáng)度抗菌兩性離子聚電解質(zhì)水凝膠的制備及性能研究.x課件

仿貽貝高強(qiáng)度抗菌兩性離子聚電解質(zhì)水凝膠的制備及性能研究水凝膠具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能夠模擬細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境,被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。水凝膠作為植入體應(yīng)用時(shí),在植入或者傷口愈合過(guò)程中,容易發(fā)生細(xì)菌感染導(dǎo)致膿毒癥,增加組織發(fā)病率同時(shí)會(huì)延長(zhǎng)傷口愈合過(guò)程,最終導(dǎo)致植入失敗?？咕z由于其抗菌特性,在組織修復(fù)工程具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,力學(xué)性能差、缺乏細(xì)胞親和性等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。因此,開(kāi)發(fā)兼具有固有抗菌特性、優(yōu)異的細(xì)胞親和性以及良好的力學(xué)性能的水凝膠一直是人們面臨的挑戰(zhàn)?；诜沦O貝促細(xì)胞粘附機(jī)理和陽(yáng)離子季銨鹽的抗菌特性,結(jié)合水凝膠增強(qiáng)機(jī)制,本論文設(shè)計(jì)并制備了一種具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度、回復(fù)性、自愈合性能、良好的細(xì)胞粘附性和抗菌性能的仿貽貝兩性離子聚電解質(zhì)水凝膠。研究了水凝膠的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系,闡明了水凝膠增強(qiáng)機(jī)理,探究了不同組分對(duì)水凝膠細(xì)胞親和性的影響,揭示了水凝膠抗菌作用方式,并將這種水凝膠成功應(yīng)用于皮膚組織的修復(fù)與再生。主要研究?jī)?nèi)容分為以下兩個(gè)部分:首先,采用一鍋法制備仿貽貝兩性離子聚電解質(zhì)水凝膠:通過(guò)自由基聚合法,使仿貽貝單體甲基丙烯酸酐改性多巴胺(MADA)、陰離子單體丙烯酸(AA)和陽(yáng)離子單體甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯DMAEMA)在改性天然高分子季銨化殼聚糖(QCS)溶液中聚合,形成超強(qiáng)兩性離子聚電解質(zhì)(AMD-QCS)水凝膠。在水凝膠形成過(guò)程中,AA、MADA和DMAEMA聚合成一種同時(shí)具有正負(fù)電荷基團(tuán)和仿貽貝官能團(tuán)的三元無(wú)規(guī)共聚物(AMD)。用AMD作為水凝膠的主體網(wǎng)絡(luò),改性天然高分子QCS以互穿的方式摻入主體網(wǎng)絡(luò)中,形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種互穿網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)方式為物理-化學(xué)混合交聯(lián):水凝膠的主體網(wǎng)絡(luò)AMD以化學(xué)方式交聯(lián)形成共價(jià)鍵,起著化學(xué)交聯(lián)的作用;AMD內(nèi)部由于正負(fù)電荷基團(tuán)和仿貽貝基團(tuán)的存在,形成靜電作用、氫鍵和π鍵等非共價(jià)物理交聯(lián),同時(shí)AMD與QCS之間也會(huì)形成高密度的靜電作用和氫鍵。這些非共價(jià)作用是動(dòng)態(tài)可逆的物理作用,能在斷裂后重新形成,有效實(shí)現(xiàn)能量耗散,增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)強(qiáng)度,同時(shí)能實(shí)現(xiàn)自愈合?；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和物理-化學(xué)混合交聯(lián)方式協(xié)同增強(qiáng)了水凝膠的力學(xué)性能。力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MADA和QCS可以協(xié)同增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能,同時(shí)MADA能改善水凝膠的回復(fù)性。這可能是由于MADA能調(diào)控AMD的分子結(jié)構(gòu)和電荷分布,從而改善水凝膠的回復(fù)性。溶脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該水凝膠具有良好的溶脹穩(wěn)定性,在去離子水、人工海水以及多種不同例子溶液中基本不發(fā)生溶脹。表皮生長(zhǎng)因子(EGF)釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該水凝膠能實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)因子的緩慢釋放。其次,通過(guò)體外細(xì)胞和細(xì)菌實(shí)驗(yàn)以及體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),對(duì)水凝膠的細(xì)胞相容性、抗菌性、組織修復(fù)等多方面進(jìn)行了生物學(xué)評(píng)價(jià)。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于MADA的存在,AMD-QCS水凝膠能促進(jìn)細(xì)胞粘附性,有利于細(xì)胞鋪展和增殖。體外抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該水凝膠對(duì)大腸桿菌和表面葡萄球菌均具有良好的抗菌性;體內(nèi)抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該水凝膠在體內(nèi)環(huán)境下也能保持良好的抗菌性,并且未發(fā)現(xiàn)異物植入所導(dǎo)致的炎癥,具有良好的生物相容性。這是由于DMAEMA和QCS具有大量帶正電基團(tuán)。MADA也促進(jìn)了細(xì)菌細(xì)胞壁與正電荷基團(tuán)的結(jié)合,改善了水凝膠的抗菌效力。因此,MADA與QCS協(xié)同增強(qiáng)了水凝膠的抗菌性。皮膚修復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該水凝膠能作為皮膚敷料,促進(jìn)皮膚組織修復(fù)與再生。綜上,該仿貽貝兩性離子聚電解質(zhì)水凝膠同時(shí)兼具良好