發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 12:07

　　 海藻酸鈉是由古羅糖醛酸與甘露糖醛酸組成的天然多糖分子,常被用來(lái)與鈣離子交聯(lián)制備海藻酸鈉水凝膠。海藻酸鈉水凝膠生物相容性好,制備條件溫和,但作為組織工程支架材料,其存在機(jī)械強(qiáng)度不足、在體內(nèi)穩(wěn)定性較差、海藻酸鈉分子鏈在體內(nèi)無(wú)法完全降解等問(wèn)題。本論文利用海藻酸鈉與殼聚糖之間的靜電相互作用制備高強(qiáng)度水凝膠,并通過(guò)高碘酸鈉氧化的方法解決海藻酸鈉分子鏈的降解問(wèn)題,結(jié)合3D打印技術(shù),對(duì)水凝膠結(jié)構(gòu)及尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)并構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)了對(duì)其理化性能的調(diào)控。制備相同固含量的海藻酸鈉-鈣離子交聯(lián)水凝膠與海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠進(jìn)行比較,對(duì)水凝膠進(jìn)行軸向壓縮測(cè)試,海藻酸鈉-鈣離子交聯(lián)水凝膠在應(yīng)變量為60%左右時(shí)已發(fā)生破碎,而海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠在應(yīng)變量90%時(shí)其應(yīng)力可達(dá)4MPa,且未發(fā)生破碎。隨著海藻酸鈉與殼聚糖濃度增加,水凝膠機(jī)械強(qiáng)度增加,海藻酸鈉-殼聚糖復(fù)合物溶液濃度為20%(w/v)時(shí),水凝膠壓縮強(qiáng)度可達(dá)7MPa。將海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠浸泡在高碘酸鈉溶液中,海藻酸鈉分子鏈由于高碘酸鈉的氧化作用產(chǎn)生半縮醛結(jié)構(gòu),可以通過(guò)水解的方式被降解。通過(guò)探究高碘酸鈉溶液的濃度及氧化時(shí)間對(duì)水凝膠理化性能的影響發(fā)現(xiàn):隨著高碘酸鈉溶液濃度及氧化時(shí)間增加,水凝膠機(jī)械強(qiáng)度降低,水凝膠降解速度加快,體外降解35天時(shí),水凝膠降解失重80%左右。殼聚糖在海藻酸鈉溶液中溶脹但不溶解,殼聚糖的加入可以提高海藻酸鈉溶液的粘度和屈服應(yīng)力,但不改變其剪切變稀的流變學(xué)特性,因此可以利用海藻酸鈉-殼聚糖復(fù)合物溶液作為3D打印墨水制備3D打印海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠。海藻酸鈉-殼聚糖水凝膠機(jī)械強(qiáng)度較高,擠出打印過(guò)程中沉積的纖維絲不易坍塌,從而提高3D打印水凝膠的結(jié)構(gòu)保真度。3D打印海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠內(nèi)部孔尺寸可控、相互連通,有助于細(xì)胞在材料中的遷移、增殖,細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:3D打印海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠生物相容性較好,細(xì)胞在材料上有較好的粘附、增殖能力。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：R318.08
【部分圖文】：

圖 2-1 海藻酸鈉、殼聚糖及海藻酸鈉-殼聚糖水凝膠的紅外吸收光譜Fig. 2-1 Infrared absorption spectroscopy of alginate, chitosan and alginate-chitosanhydrogels.2.3.2 不同濃度海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠表面形貌圖 2-2 所示為利用不同濃度海藻酸鈉與殼聚糖所得水凝膠進(jìn)行冷凍干燥處理后用掃描電子顯微鏡觀(guān)察到的表面形貌。隨著海藻酸鈉與殼聚糖濃度增加，發(fā)生靜電相互作用的交聯(lián)密度增加，海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得致密，從水凝膠表面形貌上我們可以看到，孔結(jié)構(gòu)越來(lái)越致密，驗(yàn)證了隨著海藻酸鈉與殼聚糖濃度增加，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度增加這一現(xiàn)象。

圖 2-2 不同濃度海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠表面形貌Fig. 2-2 SEM micrographs of alginate-chitosan polyion complex hydrogels prepared withdifferent concentration. (a)10%,(b)15%,(c)20%.2.3.3 海藻酸鈉與殼聚糖濃度對(duì)水凝膠力學(xué)性能的影響圖 2-3 所示為海藻酸鈉-鈣離子交聯(lián)水凝膠與不同濃度海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠在軸向方向上進(jìn)行壓縮測(cè)試所得壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)及壓縮模量。作為組織工程支架材料，水凝膠應(yīng)有一定的力學(xué)強(qiáng)度，利用海藻酸鈉與殼聚糖發(fā)生靜電相互作用制備水凝膠，相比于海藻酸鈉與鈣離子交聯(lián)所得水凝膠，其力學(xué)強(qiáng)度有明顯提高。從圖中可以看出，在水凝膠壓縮至 90%應(yīng)變量時(shí)，仍沒(méi)有發(fā)生破損，其最高應(yīng)力在 7MPa 左右；而海藻酸鈉與鈣離子交聯(lián)水凝膠在壓縮至應(yīng)變量 60%左右時(shí)就遭到了不可逆的毀壞。對(duì)比海藻酸鈉-殼聚糖聚離子復(fù)合物水凝膠與海藻酸鈉-鈣離子交聯(lián)水凝膠的壓縮模量也可

第二章 基于靜電相互作用制備高強(qiáng)度水凝膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的相反電荷相對(duì)較多，因此形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)較為致密，所得水凝膠力學(xué)強(qiáng)度較高。通過(guò)增加海藻酸鈉與殼聚糖的濃度，可以增多發(fā)生反應(yīng)的相反電荷，有助于水凝膠力學(xué)強(qiáng)度的提高，從圖中我們可以看出，水凝膠力學(xué)強(qiáng)度越來(lái)越高。

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