负载纳米级二硫化钼的新型复合生物材料制备及止血抗菌作用评估

来源 :中国人民解放军陆军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bbyyqq555
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研究背景:针对交通事故、自然灾害、军事作战等造成的创伤出血至今仍然是造成大出血死亡的第一原因。因此,迫切需要研发理想的快速止血材料来替代传统止血材料,这也是目前创伤救治中的重要需求。目前,紧急止血法主要有止血带止血和局部药物止血。这些止血法可以被归为两个大类:机械压迫法和化学法。机械压迫法主要使用按压或绷带束缚等来减缓血液流速。化学法是采用一些能够激发自身凝血途径的止血剂来形成血凝块。然而,捆扎止血带效果的弊端和伤员后送时间长,容易造成静脉阻塞及组织缺血坏死,易导致厌氧菌滋生,加重感染。而化学法通常辅助物理止血法,并且主要用于浅表静脉出血。现有的止血剂主要有沸石、高岭土、纤维蛋白胶、明胶海绵、多肽和一些聚合物水凝胶等。然而,这些材料都存在一些弊端,例如:大多数材料的组织黏附力和强度不够,止血时间较慢,不能提供有效抗菌策略;固体材料难以用于深处伤口的止血,液体止血剂则需要创口表面保持干燥。因此,理想的止血材料应具有良好的力学性能、多孔结构、优异的生物相容性、抗菌活性等特点。本课题中我们第一部分制备了一种负载纳米级二硫化钼的多微孔复合止血海绵,评价了产品的微观结构、理化特性、光热抗菌和快速止血性能及其机制。第二部分制备一种新型二硫化钼/海藻酸钠纳米复合凝胶,评价其微观结构、理化特性和生物性能。这不仅为开发快速止血材料提供了一种新的独立策略,而且还揭示了新型医用止血抗菌材料在医学应用中的潜力,对未来研制负载纳米级二硫化钼的多微孔复合止血抗菌海绵提供了详实的实验基础,也为替代抗生素治疗感染提供了新的思路。目的:本研究第一部分以羧甲基壳聚糖和羧甲基纤维素为骨架,装载纳米级二硫化钼,通过京尼平交联,制备兼具光热抗菌的快速止血海绵(Mo S2@CMCS-CMC),开发了一种快速止血的同时不依赖抗生素杀菌治疗的新策略。第二部分设计了一种新型二硫化钼/海藻酸钠纳米复合水凝胶,评价其微观结构、理化特性与生物医用性能的对应关系。通过对负载纳米级二硫化钼形成多微孔复合海绵功能特性进行分析,评价了产品的光热抗菌、快速止血性能及其生物安全性,为快速止血提供新的治疗策略。第二章壳聚糖基海绵负载二硫化钼纳米片(Mo S2@CMCS-CMC)的光热抗菌协同止血应用研究方法:1 Mo S2@CMCS-CMC复合止血海绵的研制:以羧甲基壳聚糖和羧甲基纤维素为基材,载入纳米级二硫化钼,通过生物交联剂京离平交联,制备光热抗菌的止血海绵Mo S2@CMCS-CMC。2 Mo S2@CMCS-CMC复合止血海绵表征及理化特性研究:采用扫描电子显微镜对复合海绵形貌进行分析;采用透射电子显微镜对纳米材料二硫化钼进行晶相分析;采用傅里叶变换红外光谱仪对复合海绵红外吸收光谱进行分析;采用X射线衍射谱对负载Mo S2进行分析;采用近红外光仪、热成像仪对复合海绵光热性能进行检测;采用水煮法对复合海绵孔隙率进行分析;采用质量差对复合海绵吸水率进行分析。3 Mo S2@CMCS-CMC复合止血海绵的体外光热抗菌作用:采用标准琼脂平板计数法检测止血海绵体外对革兰阳性菌及革兰阴性菌的抗菌能力;采用光密度检测止血海绵体外对大肠杆菌及金葡菌的抗菌能力。4 Mo S2@CMCS-CMC复合止血海绵的体外止血作用:采用常规大鼠断尾出血模型,进行止血实验,记录出血时间及出血量。5 Mo S2@CMCS-CMC复合止血海绵的体内止血作用:采用大鼠肝脏出血模型,进行止血实验,记录出血时间及出血量。结果:1扫描电子显微镜提示Mo S2纳米片的引入有助于形成多孔海绵结构;2透射电子显微镜显示Mo S2纳米片间隔间距0.614nm;3傅里叶红外变换光谱的结果证实了Mo S2@CMCS-CMC中CMCS和CMC主要的特征官能团的存在;4 X射线衍射谱的结果证实Mo S2被成功引入到CMCS-CMC体系;5孔隙率实验表明Mo S2纳米片添加后材料的孔隙率平均提升约~30%;6 Mo S2@CMCS-CMC表现出~40倍的最佳吸水溶胀比;7光热性能测试表明Mo S2@CMCS-CMC在波长为808 nm,光强1Wcm-2的近红外光源照射10min后均表现出~30℃的温升;8与其他组相比,在近红外照射条件下,CCM1.5复合海绵的抗菌效果非常强大,只有很少细菌未被杀死(P<0.001)。9复合止血海绵的体外止血结果:大鼠断尾出血实验表明,与Celox组和对照组比较,Mo S2@CMCS-CMC可以明显的缩短出血时间及出血量(P<0.01 n=6)10复合止血海绵的体内止血作用:SD大鼠肝脏止血实验表明,与Celox组和对照组比较,Mo S2@CMCS-CMC均可明显缩短止血时间及减少出血量(P<0.01 n=6),与体外实验结果一致。第三章负载纳米级二硫化钼形成复合凝胶(Mo S2@SA)的制备和生物性能测试方法:1采用两步法制备二硫化钼/海藻酸钠纳米复合凝胶。首先通过水热法合成二硫化钼(Molybdenum Disulfide,Mo S2)纳米片。2其次制备2%海藻酸钠(Sodium alginate,SA)溶液,然后以此为模板,添加不同浓度Mo S2分散液,混合均匀后通过钙离子交联得到SA/Mo S2-X凝胶;3扫描电子显微镜观察SA、SA/Mo S2-X微观结构;傅里叶红外光谱测试(FTIR)通过图谱上各种振动峰的标定分析物质表面官能团;紫外可见光吸收光谱(UV-Vis)测试物质对特定波长的吸收等;光热抗菌实验评价SA/Mo S2-X凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌繁殖的抑制作用。结果:1.扫描电子显微镜结果显示,两步法合成的SA/Mo S2-X凝胶的纤维网络呈三维立体多孔结构,其孔隙大小和密度与纯SA凝胶有区别;Mo S2附着于SA凝胶表面,均匀分布;2紫外可见光吸收光谱显示SA/Mo S2-X比SA在808 nm处吸收峰值的显著增加。3 SA/Mo S2-X凝胶(分别含1mg ml-1和2mg ml-1Mo S2)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的光热抗菌效果显著高于SA组。结论:本课题提出了一种新的具有快速止血和良好抗菌的材料合成策略,第一部分成功制备了壳聚糖基负载二硫化钼纳米片的多微孔复合海绵。Mo S2@CMCS-CMC在体内和体外止血实验中均具有优异的止血效果。其作用止血机制可能与海绵的多孔结构有关。同时发现,该复合海绵通过在近红外光作用下产生热损伤从而加速谷胱甘肽而发挥良好的抗菌作用。第二部分通过两步法制备的SA/Mo S2-X凝胶具有良好的孔隙率和Mo S2结合稳定性,其光热特性和理化性能得到进一步提高,且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较好的抗菌活性。本方法为在紧急情况下止血的处理提供了新的选择,同时也探索了不依赖抗生素的抗感染疗法,有利于进一步探索用于创伤治疗新的多功能纳米平台。
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