生物可降解羧甲基壳聚糖及其接枝聚乳酸水凝胶的合成与性能研究

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1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)分别是常用的蛋白质偶联剂和稳定剂,能够有效催化氨基和羧基反应形成酰胺键。羧甲基壳聚糖是一种多糖类天然生物高分子,具有良好的生物相容性,可降解性,广泛用于组织工程,药物载体,保健食品,创伤辅料等领域。羧甲基壳聚糖含有丰富的氨基和羧基,通过新型催化体系EDC/NHS,均相反应交联羧甲基壳聚糖分子,形成生物可降解化学水凝胶。聚乳酸是一种合成生物高分子材料,具有良好的生物可降解性和生物相容性,广泛用于矫形外科,组织修复与再生,药物缓释等领域,然而其降解产物呈酸性可能导致炎症反应。通过EDC/NHS催化接枝到羧甲基壳聚糖主链上,并催化交联羧甲基壳聚糖,形成生物可降解羧甲基壳聚糖-聚乳酸水凝胶。在新型催化体系下,本文重点合成了这两种水凝胶并探究了其性能。对于羧甲基壳聚糖水凝胶(CMCS-Gel)体系,通过调节EDC/NHS,制备了一系列CMCS-Gel水凝胶。探讨EDC用量和EDC/NHS比例对水凝胶特性的影响。倒置观察法,13C固体核磁,DSC以及TGA测试,证明EDC/NHS有效交联羧甲基壳聚糖,随着EDC/NHS量提高,交联度也随着提高。CMCS水凝胶具有pH响应特性,在pH=3-5溶胀率最小,而溶胀率不随着交联度的提高而变化。流变测试表明,时间扫描中,水凝胶体系比较稳定,证实已经形成了水凝胶,而且,随着交联度升高,弹性模量也随着升高。频率扫描中,也证实了随着交联度的升高,羧甲基壳聚糖水凝胶刚性增强。应变扫描中,低交联度CMCS水凝胶弹性模量基本不变,高交联度CMCS水凝胶弹性模量有下降的趋势,耐屈服能力不好,表现为脆性。降解实验表明,水凝胶水解10天后,其失重率在15%到45%之间,由未交联部分溶解所致。然而浸泡在含溶菌酶的PBS中,低交联CMCS水凝胶10天基本降解,高交联度CMCS水凝胶不容易降解。以BSA和胸腺五肽为模型药物,初步评价CMCS水凝胶释放行为。交联度越高,包埋BSA释放速率越快,而包埋胸腺五肽越慢。这是由于BSA分子量远比TP5高,载药过程中不能渗透到交联度高的水凝胶内部。在羧甲基壳聚糖-聚乳酸水凝胶(CMCS-PLAgel)体系中,通过调节EDC/NHS(与制备CMCS-Gel相同),制备了一系列水凝胶。13C固体核磁,IR,SEM测试表明聚乳酸已成功接枝到羧甲基壳聚糖主链上。倒置观察法,DSC测试,证明EDC/NHS有效交联羧甲基壳聚糖,随着EDC/NHS量提高,交联度也随着提高。同样的,CMCS-PLA gel水凝胶具有pH响应特性,在pH=3-5溶胀率最小,溶胀率不随着交联度的提高而变化,但是溶胀率没有CMCS-Gel高。流变测试表明,频率扫描中,随着交联度的升高,CMCS-PLAgel刚性增强,应变扫描中,CMCS-PLAgel弹性模量基本不变,而且随着交联度升高,弹性模量也随着升高。与CMCS-Gel相比,高交联度CMCS-PLAgel弹性模量基本不变,表明接枝聚乳酸能够改善水凝胶韧性。降解实验表明,水凝胶水解10天后,其失重率在15%到30%之间,然而浸泡在含溶菌酶的PBS中,低交联CMCS水凝胶10天降解,其降解产物可能形成胶束,高交联度CMCS水凝胶不容易降解。以胸腺五肽为模型药物,初步研究了CMCS-PLAgel释放行为。MTT法初步评价了CMCS-Gel和CMCS-PLA gel细胞毒性,结果表明制备的水凝胶没有毒性。从细胞形态上看,L929细胞均表现出良好的生长状态,也证明CMCS-Gel和CMCS-PLA gel没有毒性。由此可见,CMCS-Gel和CMCS-PLA gel具有良好的生物相容性,在药物缓释和组织工程领域具有广阔的应用前景。
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