硼酸酯键交联的纤维素基自愈合水凝胶的制备与性能研究

发布时间：2020-04-27 11:34

【摘要】：众所周知,纤维素在自然资源中分布广泛,含量丰富,在各种植物中的含量几乎可以占到50%。它是由1,4糖苷键将一系列D-吡喃葡萄糖环连接而成的一种线性天然多糖。纤维素因其良好的可再生性、生物相容性、可降解性和廉价易得等优点,在很多领域的应用受到了科学家的广泛关注,尤其是在组织工程领域,近年来基于纤维素的水凝胶得到了越来越多的重视。水凝胶的三维网络可以很好地模拟人体组织结构,因而在过去几年,被广泛应用到药物的释放(抗菌、抗癌药物)、生物体组织的重建与修复等领域。近几年随着现代生命科学的发展,人们对水凝胶的性能提出了更高的要求。当其被用于组织修复时,希望它不仅能够为缺损部位提供一定的力学支撑作用,还希望水凝胶具有丰富的参与人体自然生长代谢的其他功能,更好的模拟生物体的生命特征。经由研究发现自愈合水凝胶的特性和生物体自主修复的能力比较相似,它可以根据外界环境的(pH、温度等)的刺激,做出一些响应,而且还有着自我诊断、自我调节和自我修复的功能,因而成为智能材料研究的热点。自愈合材料中基于动态化学键的水凝胶能够根据组织环境的变化进行可逆化调节,因而具有良好的自我修复能力。本文通过一种简单的合成方法,制备了动态硼酸酯键交联的纤维素基水凝胶。简单地讲:首先合成了 D-氨基葡萄糖修饰的羧甲基纤维素和3-氨基苯硼酸修饰的聚谷氨酸。在由修饰后的羧甲基纤维素和聚谷氨酸制备水凝胶时,我们加入了带有两对邻羟基的抗生素新霉素硫酸盐,利用D-氨基葡萄糖、抗生素的双羟基与苯硼酸生成动态可逆硼酸酯的反应实现了水凝胶的自愈合功能和药物负载。我们考察了水凝胶的力学性能、自愈合性能、生物安全性和抗菌性能等,证实该水凝胶具有良好吸水膨胀性能、自愈合性能、生物相容性和抗菌性能,其抗生素的包封率约为90%,在组织修复方面具有良好的应用前景。
【图文】：

根据其物理性能可分为具有磁响应凝胶、导电性凝胶、温度敏感或光敏凝胶，根逡逑据水凝胶的来源和组成将水凝胶分类为天然或其衍生水凝胶，化学合成的水凝胶逡逑或天然和化学合成的混合水凝胶（图１－１）邋［４］在组织工程支架凝胶材料上，天然逡逑高分子水凝胶支架材料，主要包括三类，分别是脱细胞质基质支架材料，蛋白基逡逑水凝胶和多糖基水凝胶，蛋白水凝胶常用的蛋白为：胶原、明胶、弹性蛋白、纤逡逑维蛋白、纤连蛋白、丝素蛋白、基质胶等，多糖类水凝胶包括：以壳聚糖、海藻逡逑酸钠、琼脂糖、葡聚糖、透明质酸等为原料通过各种交联方式形成的水凝胶，混逡逑合水凝胶主要就是聚合物混合水凝胶和纳米复合材料水凝胶，主要包括：非金属逡逑纳米粒、金属／金属氧化物纳米粒子、聚合物纳米粒、碳纳米结构等，合成水凝逡逑胶主要分为传统的合成水凝胶与超分子水凝胶两大类，传统水凝胶主要包括：以逡逑聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸２－羟基乙酯、聚Ｎ－异丙基丙逡逑烯酰胺为原料交联的水凝胶

水凝胶主要的形成方式包括两种：物理交联与化学交联，物理交联主要是通逡逑过水凝胶网络结构中的键合方式划分的，物理交联的特点是没有新的化学键生成，逡逑主要的形成方式包括：离子键、范德华力、氢键等。如图１－２所示物理交联的水逡逑凝胶［５］，聚合物链的热诱导缠结、分子自组装、离子凝胶化、静电相互作用等，逡逑物理交联形成的水凝胶分子间作用力的改变主要是聚合物自身的重排或者环境逡逑的刺激如（温度、ｐＨ、离子强度、光照、压强等条件的改变），这种高分子链缠逡逑结、结晶点、弱的相互作用容易在水凝胶内部形成团簇结构，产生不均匀的交联逡逑现象，并且水凝胶的力学性能一般比较弱；而化学交联是指有新的化学键的产生，逡逑比如酯键、席夫碱、硼酸酯键等，，在化学交联水凝胶中具有可逆性的动态化学键逡逑的水凝胶，具有自愈合性能，因此在模拟生物体自修复性能的材料方面具有广泛逡逑的应用。逡逑Ａ邋Ｔｈｅｒｍｏ邋ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ逦Ｂ邋Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ逡逑Ｈ４＇

本文编号：2642212