海藻酸钠—壳聚糖聚离子复合物水凝胶的制备与性能研究

发布时间：2020-10-09 12:07

　　 海藻酸钠是由古罗糖醛酸与甘露糖醛酸组成的天然多糖分子,常被用来与钙离子交联制备海藻酸钠水凝胶。海藻酸钠水凝胶生物相容性好,制备条件温和,但作为组织工程支架材料,其存在机械强度不足、在体内稳定性较差、海藻酸钠分子链在体内无法完全降解等问题。本论文利用海藻酸钠与壳聚糖之间的静电相互作用制备高强度水凝胶,并通过高碘酸钠氧化的方法解决海藻酸钠分子链的降解问题,结合3D打印技术,对水凝胶结构及尺寸进行设计并构建,实现了对其理化性能的调控。制备相同固含量的海藻酸钠-钙离子交联水凝胶与海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶进行比较,对水凝胶进行轴向压缩测试,海藻酸钠-钙离子交联水凝胶在应变量为60%左右时已发生破碎,而海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶在应变量90%时其应力可达4MPa,且未发生破碎。随着海藻酸钠与壳聚糖浓度增加,水凝胶机械强度增加,海藻酸钠-壳聚糖复合物溶液浓度为20%(w/v)时,水凝胶压缩强度可达7MPa。将海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶浸泡在高碘酸钠溶液中,海藻酸钠分子链由于高碘酸钠的氧化作用产生半缩醛结构,可以通过水解的方式被降解。通过探究高碘酸钠溶液的浓度及氧化时间对水凝胶理化性能的影响发现:随着高碘酸钠溶液浓度及氧化时间增加,水凝胶机械强度降低,水凝胶降解速度加快,体外降解35天时,水凝胶降解失重80%左右。壳聚糖在海藻酸钠溶液中溶胀但不溶解,壳聚糖的加入可以提高海藻酸钠溶液的粘度和屈服应力,但不改变其剪切变稀的流变学特性,因此可以利用海藻酸钠-壳聚糖复合物溶液作为3D打印墨水制备3D打印海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶。海藻酸钠-壳聚糖水凝胶机械强度较高,挤出打印过程中沉积的纤维丝不易坍塌,从而提高3D打印水凝胶的结构保真度。3D打印海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶内部孔尺寸可控、相互连通,有助于细胞在材料中的迁移、增殖,细胞生物学实验结果表明:3D打印海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶生物相容性较好,细胞在材料上有较好的粘附、增殖能力。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.08
【部分图文】：

图 2-1 海藻酸钠、壳聚糖及海藻酸钠-壳聚糖水凝胶的红外吸收光谱Fig. 2-1 Infrared absorption spectroscopy of alginate, chitosan and alginate-chitosanhydrogels.2.3.2 不同浓度海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶表面形貌图 2-2 所示为利用不同浓度海藻酸钠与壳聚糖所得水凝胶进行冷冻干燥处理后用扫描电子显微镜观察到的表面形貌。随着海藻酸钠与壳聚糖浓度增加，发生静电相互作用的交联密度增加，海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶三维网络结构变得致密，从水凝胶表面形貌上我们可以看到，孔结构越来越致密，验证了随着海藻酸钠与壳聚糖浓度增加，交联网络密度增加这一现象。

图 2-2 不同浓度海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶表面形貌Fig. 2-2 SEM micrographs of alginate-chitosan polyion complex hydrogels prepared withdifferent concentration. (a)10%,(b)15%,(c)20%.2.3.3 海藻酸钠与壳聚糖浓度对水凝胶力学性能的影响图 2-3 所示为海藻酸钠-钙离子交联水凝胶与不同浓度海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶在轴向方向上进行压缩测试所得压缩应力-应变曲线及压缩模量。作为组织工程支架材料，水凝胶应有一定的力学强度，利用海藻酸钠与壳聚糖发生静电相互作用制备水凝胶，相比于海藻酸钠与钙离子交联所得水凝胶，其力学强度有明显提高。从图中可以看出，在水凝胶压缩至 90%应变量时，仍没有发生破损，其最高应力在 7MPa 左右；而海藻酸钠与钙离子交联水凝胶在压缩至应变量 60%左右时就遭到了不可逆的毁坏。对比海藻酸钠-壳聚糖聚离子复合物水凝胶与海藻酸钠-钙离子交联水凝胶的压缩模量也可

第二章 基于静电相互作用制备高强度水凝胶发生交联反应的相反电荷相对较多，因此形成的交联网络相对较为致密，所得水凝胶力学强度较高。通过增加海藻酸钠与壳聚糖的浓度，可以增多发生反应的相反电荷，有助于水凝胶力学强度的提高，从图中我们可以看出，水凝胶力学强度越来越高。

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本文编号：2833669