复合两性离子材料SBMA显著增强HEMA水凝胶的多种性能

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目的:凝胶一般包括成胶组分和分散介质,其中该成胶组分形成三维结构,以允许分散介质,如水,分散分布在该成胶组分形成的三维结构。水凝胶因其良好的亲水性,生物相容性以及三维结构保持性,被广泛应用在多个领域。水凝胶的这些特性其在生物医学材料领域具有独有的优势和具有巨大的发展空间。它优异的生物相容性使其在组织工程领域得到广泛应用,如用于人造皮肤、人造血管、人工角膜、隐形眼镜、人工关节以及各种人造脏器和药物缓释载体等。此外,基于甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)制成的水凝胶由于其内部存在的氢键作用,使其具有较高的机械性能。因此,甲基丙烯酸羟乙酯类水凝胶因其较好的生物相容性和机械性能,而被广泛应用于接触镜材料,人造血管以及其他组织工程方面。然而,最常用的HEMA基水凝胶仍然遭受与其水含量矛盾的挑战,其具有含水率低(一般不高于50%)、透氧性能差、抗蛋白吸附能力低(20%)、透明度不高、模量损耗高导致皮肤触觉差、耐磨性和润滑度不够等缺点,这些缺点限制了甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶在生物医用材料领域的广泛应用。在这项研究中,我们描述了一种简单的“一锅”共聚改性 HEMA水凝胶与超亲水两性离子聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)(SBMA),形成系列比例的复合两性离子HEMA-SBMA水凝胶。其形成的水凝胶具有高透氧,低抗蛋白吸附等良好的性能。  方法:采用Irgacure-2959为引发剂,三甘醇二甲基丙烯酸酯TEGDMA为交联剂,去离子水为溶剂,合成由 HEMA和亲水性单体磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)组成的共聚物HEMA-SBMA水凝胶,讨论了单体配比对水凝胶力学性能,透光性,平衡含水量,溶胀度对比,氧气渗透系数,孔径变化,抗蛋白吸附能力的影响。并在6-7周雄性C57BL/6小鼠中做了体内埋植实验看这种复合水凝胶对生物体的影响。  结果:⑴HEMA-SBMA水凝胶制备实验表明,一定比例的HEMA和SBMA在去离子水中可以均匀混合,但在成胶后会发生透明度的改变,即纯HEMA水凝胶为不透明的象牙白,而其他复合水凝胶透明度明显高于纯 HEMA水凝胶。在FTIR光谱中磺酸盐基团的特征峰的存在证实了复合HEMA-SBMA水凝胶的成功合成。⑵随着SBMA加入到HEMA水凝胶体系中,HEMA水凝胶的透明度从2.3%增加到98.1%,其中水浓度从41.9%极大地提高到95.4%,溶胀比也显著提高。随着SBMA含量从0.05增加到0.40g,复合凝胶的溶胀比在5小时内显示出从约2至24倍的增加趋势,并且氧渗透性(Dk)显着改善几乎3倍,从17.5至54.7巴勒。存储模量(G)和损耗模量(G)在所研究的范围内表现出对HEMA:SBMA比率的明确依赖性,即G和G值随着SBMA含量增多而降低。⑶纯HEMA水凝胶表现出小于5μm的小孔径,SBMA含量的增加导致孔径和孔数的增加。当加入少量SBMA(6.7-13.3wt%)时,杂化水凝胶显示出一些随机分布的小孔。当SBMA含量进一步增加至0.2导致5-40μm的更均匀的孔径和更多的海绵状孔结构,也指示这种比例的水凝胶具有松散网络。⑷体外的抗蛋白吸附性实验中表明复合的HEMA-SBMA水凝胶比纯的HEMA水凝胶有更少的HUVEC的吸附,体内的HE染色和Masson染色实验也显示复合水凝胶在小鼠埋植7天后有更低的炎症反应。  结论:通过这种方法合成的HEMA-SBMA水凝胶有比纯HEMA水凝胶有更高的透光率,氧渗透性,并且在抗蛋白吸附实验和体内的生物相容性实验中也证实了这种复合水凝胶具有更高的抗蛋白吸附能力和更低的免疫原性,这里报道的这些复合HEMA-SBMA水凝胶不仅提供了形成独特的多孔结构水凝胶的新方法,而且改进HEMA水凝胶的综合性能,使HEMA和两性离子聚合物在未来生物医学应用中的广泛应用。
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