抗菌纳米金刚石增强聚氨酯复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2022-01-21 05:42

　　植入物形式的生物材料被广泛用于替代和/或恢复受创伤和受损组织和器官,从而改善患者的生活质量,尤其是骨组织修复植入物。但是植入物的使用存在一系列问题,其中包括细菌感染,较高的细胞毒性,以及植入物和宿主器官之间显着的机械差异等。可生物降解聚氨酯由于其优异的物理和化学性质,被广泛应用于骨修复领域。随着纳米技术的发展,拥有超高硬度、表面可修饰性、生物相容性较好的纳米金刚石也逐渐广泛应用于生物医学领域。本文利用聚氨酯为载体,添加改性纳米金刚石,制备出能够抗细菌感染、机械性能匹配,合适的降解速率的抗菌纳米金刚石增强聚氨酯复合材料。具体研究内容如下:1、本研究往聚氨酯材料中添加不同比例的聚阳离子改性纳米金刚石（QND）,制备出聚阳离子改性纳米金刚石增强聚氨酯复合材料（APU,APU/0.5%QND,APU/1%QND,APU/1.5%QND）。然后对聚氨酯复合材料的热稳定性、结晶性、机械性能、抗菌性能、亲水性、降解性和生物相容性等进行了综合评估。结果表明:加入量为1%时,改性纳米金刚石可以在聚合物中均匀分散,而1.5%的改性纳米金刚石在聚合物中出现团聚现象。制备的复合材料均有优异的热稳定性。均匀分布... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

纳米金/聚氨酯复合支架及其性能示意图

硕士学位论文抗菌纳米金刚石增强聚氨酯复合材料的制备及其性能研究9台，类似于蛋白质涂层材料[44]。因此，纳米金刚石具有优异的机械性能，结合可调表面化学，提供药物和生物活性分子的能力以及生物相容性，有利于增强可生物降解聚合物，从而创造出多功能的组织工程技术。有文献研究结果表明[41]，在聚(L-乳酸)(PLLA)中加入10wt%的十八烷基胺官能化纳米金刚石(ND-ODA)导致杨氏模量增加200%以上，硬度增加800%，使纳米复合材料性能接近人体皮质骨，如图1.2所示。这是因为良好分散的ND-ODA颗粒增加了PLLA基质的结晶度，从而导致复合材料的硬度和杨氏模量增加。先前也报道了纳米金刚石和聚(乙烯醇)复合材料的聚合物基质结晶度的类似增加，并且作者用ND和基质之间的良好亲和力解释[45]。此外，MaryamAlishir等合成的聚氨酯/纳米金刚石复合材料，并证明其结晶度提高，拉伸性能也得到改善[29]。作者认为其机械性能有效性的提高不仅归因于均匀分散的纳米粒子提高了聚合物填料之间强烈的界面相互作用，而且归因于半结晶结构的聚合物聚氨酯结晶度的提高。图1.2(a)ND-ODA/PLLA复合材料的制造和使用的示意图；(b)ND-ODA颗粒的分子模型；(c)13CMASNMR光谱的比较；(d)高分辨率TEM显示ND-ODA簇1.5抗菌剂概述抗菌剂是指一种在一定的时间内可以使微生物(包括细菌、真菌、酵母、藻类和病毒等)的繁殖和生长维持在标准水平以下的功能材料，也叫做为抗菌材料。聚氨酯在生物领域应用过程中另一个突出的问题是细菌感染[46]。为了克服这个问题，许多研究人员更加关注含有季铵盐或金属纳米粒子等抗菌剂的聚合物体系的生产研究[47-48]。

1绪论硕士学位论文101.5.1季铵盐类抗菌剂季铵盐作为阳离子表面活性剂在现代应用已十分广泛，人们最初发现，季铵盐阳离子的化学特性就是它所具有的杀菌作用[49]。由于微生物细胞表面的磷酸根呈负电性，季铵盐阳离子通过物理吸附作用，可定向排列在微生物体的半渗透膜与水或空气的界面上，紧密排列的界面分子膜切断了营养物质的来源，短链烷基季铵盐则能够很快地穿透细胞膜，进而使细胞内的蛋白质变性或酶失活，并且可使菌体内的重要物质大量流出，使其停止代谢而死亡。对于抗菌机理的研究，目前认为季铵盐的抗菌作用过程可分为6步：a．吸附到菌体表面；b．穿透细胞壁；c．与细胞膜结合；d．扰乱细胞膜组成；e．胞内物质如脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)等的泄漏；f．菌体死亡。单链季铵盐系抗菌剂的抗菌效果较好但持久性较差，并且长期使用会导致微生物产生耐药性；双季铵盐类和一些杂环类化合物改性的季铵盐抗菌剂则效果要好一些[50]。YaoC[51]等对电纺聚氨酯纤维膜等进行电解预处理，然后在紫外光的引导下接枝4-乙烯基吡啶共聚物，用溴化己基对接枝的吡啶基群进行季铵盐化。采用扫描电镜法(SEM)和拉力试验分别研究了材料的形态结构和力学性能。结果表明：改性后的聚氨酯纤维膜的拉伸强度降低了20%左右。改性过程略微改变了聚氨酯纤维膜的形态结构，保持了纤维结构。采用葡糖球菌G+和大肠杆菌G-对改性后的聚氨酯纤维膜进行抗菌实验。结果表明，改性聚氨酯纤维膜对高性能过滤器、防护织物和有机物等具有较强的抗菌活性。这说明其在医疗设备方面具有巨大的应用潜力。图1.3季铵盐的抗菌机制示意图

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]可生物降解聚氨酯的合成、表征及其降解性研究[D]. 吴珍珍.天津大学 2006



本文编号：3599764