壳聚糖基分子自组装及其抗菌涂层研究

发布时间：2018-05-29 09:30

本文选题：壳聚糖 + 自组装胶体粒子　；参考：《江南大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着现代医学的不断发展,金属植入物在医学上得到广泛应用,其中316L不锈钢因其金属镍含量低,防腐性能高,加工性能好等特点应用最为广泛。然而316L不锈钢作为植入物使用的最大风险之一是伤口感染,及感染所引发的一系列病发症。感染的主要原因是植入物表面生物膜的形成,导致植入物的腐蚀,因此阻止植入物表面细菌粘附、生物膜的生成是避免植入物感染的关键。目前最有效的方法是通过引入抗菌剂改性植入物表面的抗菌性能,阻止植入物感染。壳聚糖(Chitosan,CS)是一种天然聚多糖,与其他天然聚多糖相比,壳聚糖的阳离子特性使其在生物医学领域有更广泛的应用。本文利用大分子自组装技术制备CS基胶体粒子,再以胶体粒子分散液为电沉积液,通过电沉积技术诱导CS基胶体粒子在316L不锈钢表面二次组装制备抗菌涂层,以提高植入物表面的抗菌性和生物相容性。具体研究内容包括以下几部分:1.壳聚糖/单宁酸自组装复合胶体粒子制备及其涂层抗菌性能研究首先,以CS和单宁酸(Tannic acid,TA)为组装基元,在水溶液中通过pH诱导组装制备壳聚糖/单宁酸(CS/TA)复合胶体粒子,用激光光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)对复合胶体粒子的尺寸及形貌进行表征。以上述复合胶体粒子水分散液为电沉积液,通过电沉积技术诱导复合胶体粒子在316L不锈钢表面二次组装制备抗菌涂层;利用全反射傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及接触角测试对涂层的化学组份、表面形貌以及涂层表面的亲疏水性进行研究;并通过体外细胞实验探究涂层的细胞相容性,抗菌实验测试涂层对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的抗菌活性。研究结果表明,CS和TA在pH诱导下可以成功组装,形成尺寸约为50 nm的CS/TA复合胶体粒子,且复合胶体粒子表面荷正电;通过电诱导复合胶体粒子可以在316L不锈钢表面形成致密的纳米涂层材料,涂层具有优异的细胞相容性和抗菌作用,在生物涂层领域有着潜在应用前景。2.季铵化壳聚糖/纳米氧化锌自组装杂化胶体粒子制备及其涂层抗菌性能研究CS的抗菌性取决于其伯胺的质子化,而在pH呈中性的人体环境CS荷电量较低,会抑制其抗菌性,因此本章采用季铵化壳聚糖(Quaternized chitosan,QAC)作为大分子抗菌剂制备抗菌涂层,同时引入无机纳米粒子纳米氧化锌(Nano-ZnO,ZnO),提高涂层的抗菌性。先以QAC和小分子L-半胱氨酸(L-Cysteine)作为共稳定剂,稳定不同量的ZnO,接着在水溶液中通过pH诱导制备QAC/L/ZnO杂化胶体粒子,用Zeta电位及纳米粒度分析仪、X射线衍射(XRD)和TEM对杂化胶体粒子进行结构表征。进一步以杂化胶体粒子水分散液为电沉积液,通过电沉积技术在316L不锈钢表面制备抗菌涂层;利用ATR-FTIR、SEM以及接触角测试对涂层的化学组份、表面形貌以及涂层表面的亲疏水性进行研究;并通过细胞毒性实验探究涂层的细胞相容性,抗菌实验测试涂层对S.aureus和E.coli的抗菌活性。研究结果表明,QAC和L-半胱氨酸在pH的诱导下可以共同稳定ZnO,形成的杂化胶体粒子大小为200-400 nm,通过电诱导杂化胶体粒子可以在316L不锈钢表面形成致密的纳米涂层材料,涂层具有优异的细胞相容性和抗菌作用。抗菌实验测试杂化胶体粒子对S.aureus和E.coli的抗菌活性。研究结果表明,制备的涂层具有良好的抗菌性,且随着ZnO含量的增加,涂层抗菌性增加。3.肉桂酰氯改性季铵化壳聚糖自组装胶体粒子制备及其涂层抗菌性能研究前一章节ZnO的引入虽增加了杂化涂层的抗菌性,但影响L929细胞的正常生长,因此,本章进一步尝试通过化学改性的方式,在不降低生物相容性的前提下,提高所制备涂层的抗菌性能。用肉桂酰氯(Cinnamoyl chloride,CNCL)对QAC进行光敏改性,制备肉桂酰氯改性的季铵化壳聚糖(QAC-CNCL),QAC-CNCL通过亲疏水作用可在水中自组装形成胶体粒子QAC/CNCL,利用UV、Zeta电位纳米粒度仪研究紫外光照、盐浓度对胶体粒子自组装行为的影响,利用TEM对胶体粒子的形貌进行表征。进一步通过电沉积技术在316L不锈钢表面制备抗菌涂层;利用ATR-FTIR、SEM对涂层的化学组份、表面形貌以进行研究;并通过细胞实验探究涂层的细胞相容性,抗菌实验测试涂层对S.aureus和E.coli的抗菌活性。研究结果表明,随着CNCL取代度的增加,胶体粒子的粒径增加,胶体粒子所带电荷增加,光二聚程度增加,胶体粒子溶液的生物相容性随之降低;光二聚后,涂层的生物相容性提高,同时涂层的抗菌性更强。
[Abstract]:In this paper , chitosan / tannic acid ( CS / TA ) composite colloidal particles were prepared by electrodeposition . The antibacterial properties of the coatings were investigated by means of electro - deposition . The results showed that the antibacterial properties of the coatings were improved by means of electrodepositing technology .
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4;R318.08

【参考文献】