發(fā)布時(shí)間：2017-09-15 20:19

  本文關(guān)鍵詞：兩性離子改性殼聚糖及其高強(qiáng)度水凝膠

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【摘要】：殼聚糖(CS)作為一種具有良好生物相容性、抗菌性及生物降解性的天然大分子,其獨(dú)特的性能使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但普通的CS只溶于稀酸溶液,而不溶于中性和堿性水溶液,也無法溶于普通有機(jī)溶劑,這極大的限制了其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)CS要想在生物領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用,生物安全性也是必備條件,因此開發(fā)具有良好溶解性和生物相容性同時(shí)不影響其抗菌性的殼聚糖衍生物具有重要意義。殼聚糖基水凝膠近年來被廣泛應(yīng)用于藥物載體及生物組織工程的研究,但目前所報(bào)道的殼聚糖基水凝膠大多力學(xué)性能較差,同時(shí)生物相容性也有待改善,因此開發(fā)具有良好生物相容性的高強(qiáng)度殼聚糖基水凝膠同樣具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究以擴(kuò)展CS的溶解范圍、提高其生物相容性和抗菌性,開發(fā)具有良好生物相容性的高強(qiáng)度殼聚糖基水凝膠為目的。通過分別在CS的2位氨基和6位羥基上接枝季銨鹽和兩性離子,成功制備出兼具良好抗菌性和生物相容性的水溶性CS衍生物(Q_3B_y CS,y=1~3)。通過以CS為基材,成功制備出高強(qiáng)度的殼聚糖-聚丙烯酸羥乙酯雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(CS-PHEA DN-gel)和殼聚糖-聚兩性離子-聚丙烯酸羥乙酯三層網(wǎng)絡(luò)水凝膠(CS-PDMAPS-PHEA TN-gel),并對其力學(xué)性能、生物相容性、抗菌性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。取得一下主要研究成果:1.采用環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為季銨化試劑,通過環(huán)氧基團(tuán)的開環(huán)反應(yīng)在CS的氨基位接枝小分子季銨鹽,合成了一系列不同取代度的季銨化殼聚糖(N-QxCS,x=1~3)。通過抗菌實(shí)驗(yàn)研究表明,N-Q_3CS的抗菌活性最高,因此選取具有較好抗菌效果的N-Q_3CS,采用鄰苯二甲酸酐將其剩余的氨基保護(hù)起來,以異氰酸酯基團(tuán)(-NCO)為活性基團(tuán)在其6位羥基上接枝磺酸型兩性離子,最后采用水合肼脫氨基保護(hù),成功合成了季銨鹽及兩性離子雙取代殼聚糖衍生物(Q_3B_y CS,y=1~3)。并采用FTIR、H-NMR、XRD對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征確認(rèn)。水溶性實(shí)驗(yàn)表明Q_3B_y CS(y=1~3)在p H=3~11范圍內(nèi)均具有較好的水溶性,其中兩性離子取代度為75.3%的Q_3B3CS在中性水溶液中溶解度高達(dá)200mg/m L以上;在濃度為2000μg/m L的N-Q_3CS中細(xì)胞存活率只有30%,而經(jīng)兩性離子改性的殼聚糖衍生物Q_3BCS中細(xì)胞的存活率提升到85%,而且溶血性由4.07%(N-Q_3CS)下降到0.06%(Q_3BCS),說明兩性離子的引入可以大幅降低季銨化CS的生物毒性。而抗菌測試結(jié)果顯示,相比季銨化殼聚糖N-Q_3CS,Q_3B_y CS(y=1~3)抗菌性并未出現(xiàn)大幅下降。2.以戊二醛為交聯(lián)劑,將CS交聯(lián)以形成具有不同交聯(lián)度的第一層殼聚糖水凝膠;然后將質(zhì)子化的殼聚糖水凝膠放入丙烯酸羥乙酯水溶液中充分溶脹,再進(jìn)行光固化交聯(lián),形成不同交聯(lián)度的CS-PHEA DN-gel(DNx gel,x=1~4)。研究發(fā)現(xiàn)隨著交聯(lián)度的增加,凝膠的含水量逐漸下降,模量逐漸增加;同一交聯(lián)度的樣品,隨著含水量的下降,其力學(xué)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),當(dāng)含水量為75%時(shí),DN1 gel壓縮強(qiáng)度高達(dá)84.7MPa,拉伸強(qiáng)度達(dá)到0.29 MPa,斷裂伸長率達(dá)到313%。3.在CS-PHEA DN-gel的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引入磺酸型兩性離子PDMAPS作為第二層支架網(wǎng)絡(luò),PHEA則作為第三層網(wǎng)絡(luò)合成了具有三層網(wǎng)絡(luò)的CS-PDMAPS-PHEA TN-gel(TNy gel,y=1~4)。研究發(fā)現(xiàn)TN-gel不僅具有較好的力學(xué)性能,當(dāng)含水量降為70%時(shí),TN1 gel斷裂伸長率達(dá)到1020%,拉伸強(qiáng)度也達(dá)到0.383MPa,而且其表現(xiàn)出較好的生物相容性,與細(xì)胞共同培養(yǎng)72h后,TN4 gel依然顯示出94.4%的細(xì)胞存活率,Live/Dead實(shí)驗(yàn)也證實(shí)種植于TN-gel表面的細(xì)胞可以很好的增殖,其次相比較DN-gel,TN-gel顯示出更好的抗巨噬細(xì)胞粘附能力�？傊�,兩性離子的引入不僅降低了季銨化殼聚糖和殼聚糖基水凝膠的細(xì)胞毒性,而且賦予了水凝膠抗吸附功能,將其作為分子支架也可以在一定程度上提升殼聚糖基水凝膠的力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：殼聚糖 兩性離子 高強(qiáng)度水凝膠 生物相容性 抗粘附
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O636.1;TQ427.26
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 殼聚糖及其衍生物12-19
• 1.1.1 殼聚糖的理化性質(zhì)12-13
• 1.1.2 殼聚糖衍生物13-18
• 1.1.2.1 季銨化殼聚糖13-15
• 1.1.2.2 羧甲基殼聚糖15
• 1.1.2.3 烷基化殼聚糖15-16
• 1.1.2.4 季磷化殼聚糖16
• 1.1.2.5 其他殼聚糖衍生物16-18
• 1.1.3 殼聚糖及其衍生物的主要應(yīng)用18-19
• 1.2 殼聚糖基水凝膠19-23
• 1.2.1 高分子水凝膠的定義及分類19
• 1.2.2 殼聚糖基水凝膠19-23
• 1.2.2.1 物理交聯(lián)殼聚糖基水凝膠20-21
• 1.2.2.2 化學(xué)交聯(lián)殼聚糖基水凝膠21-23
• 1.3 高強(qiáng)度水凝膠23-25
• 1.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)水凝膠23
• 1.3.2 互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠23
• 1.3.3 納米復(fù)合水凝膠23-24
• 1.3.4 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠24-25
• 1.4 本論文的選題意義25-26
• 第2章 兩性離子修飾的季銨化殼聚糖的制備與表征26-46
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分26-30
• 2.1.1 原料及儀器26-28
• 2.1.2 異氰酸酯基團(tuán)封端磺酸型兩性離子改性劑的制備28-29
• 2.1.3 季銨化殼聚糖的制備29
• 2.1.4 兩性離子接枝季銨化殼聚糖的制備29-30
• 2.2 結(jié)構(gòu)及性能表征：30-33
• 2.2.1 紅外光譜（FT-IR）30
• 2.2.2 核磁共振波譜（NMR）30
• 2.2.3 X射線衍射（XRD）30
• 2.2.4 抗菌活性分析30-31
• 2.2.5 抑菌圈測試31
• 2.2.6 細(xì)胞毒性分析31-32
• 2.2.7 溶解性能分析32
• 2.2.8 Zeta電位分析32
• 2.2.9 熱失重分析32
• 2.2.10 溶血實(shí)驗(yàn)32-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-45
• 2.3.1 Q_3B_yCS的合成33-34
• 2.3.2 NCO-Betaine的結(jié)構(gòu)表征34-35
• 2.3.3 N-QxCS和Q_3B_yCS的FTIR表征35-36
• 2.3.4 N-QxCS和Q_3B_yCS的1H-NMR表征36-38
• 2.3.5 Zeta電位分析38
• 2.3.6 溶解性分析38-39
• 2.3.7 XRD分析39-40
• 2.3.8 熱重分析40-41
• 2.3.9 殼聚糖衍生物的抗菌活性分析41-43
• 2.3.10 細(xì)胞毒性分析43
• 2.3.11 溶血性43-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第3章 殼聚糖基高強(qiáng)度水凝膠46-67
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分46-50
• 3.1.1 原料及儀器46-48
• 3.1.2 殼聚糖凝膠的制備48
• 3.1.3 聚丙烯酸羥乙酯水凝膠的制備48
• 3.1.4 殼聚糖-聚丙烯酸羥乙酯雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備48-49
• 3.1.5 殼聚糖-聚兩性離子-聚丙烯酸羥乙酯三層網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備49-50
• 3.2 結(jié)構(gòu)及性能表征50-53
• 3.2.1 元素分析50-51
• 3.2.2 含水量的測試51
• 3.2.3 力學(xué)性能測試51
• 3.2.4 形貌觀察51
• 3.2.5 等電點(diǎn)測試51-52
• 3.2.6 細(xì)胞活性測試52-53
• 3.2.7 抗粘附實(shí)驗(yàn)53
• 3.2.8 凝膠抗菌實(shí)驗(yàn)53
• 3.3 結(jié)果與討論53-66
• 3.3.1 水凝膠組成及含水量的分析53-54
• 3.3.2 CS-PHEA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠力學(xué)性能54-56
• 3.3.3 CS-PDMAPS-PHEA三層網(wǎng)絡(luò)水凝膠力學(xué)性能56-57
• 3.3.4 水凝膠形貌分析57-59
• 3.3.5 CS-PHEA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠等電點(diǎn)的測定59
• 3.3.6 生物相容性59-62
• 3.4.7 抗細(xì)胞吸附性能測試62-63
• 3.3.8 抗菌性能測試63-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第4章 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-80
• 致謝80-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果81

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本文編號：858673