聚氨酯/壳寡糖新型敷料的制备与性能研究

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聚氨酯(PU)敷料具有良好的生物相容性、优异的力学性能和易成型加工等优点;然而,其保湿性、抑菌性能和促进创面愈合的能力仍有待提高。基于多巴胺(DOPA)进行材料表面修饰,因其简单、有效,且生成的聚多巴胺层(PDOPA)可以作为二级反应平台,实现对材料表面的进一步修饰,因此,这一方法在材料领域尤其是生物材料表面改性方面得到了广泛的应用。壳寡糖(COS)及其季铵化壳寡糖(G-COS),具有优良的生物相容性、抗菌活性,以及止血和促进创面愈合等生物功能。为此,本论文借助于多巴胺的超强粘附特性,在不同形态的PU敷料表面引入PDOPA,并以此为二级反应平台,进一步在PU敷料表面分别引入COS和G-COS;对改性前后PU敷料的理化性能、抑菌性能以及细胞相容性等进行系统研究。主要研究内容和实验结果如下:  首先,采用溶液浇铸法制备PU膜,然后基于DOPA的氧化自聚合反应,制备PDOPA层修饰的PU膜(D-PU),最后,基于PDOPA层制备COS修饰的PU膜(C-D-PU)。通过TGA、XPS、FESEM、AFM和接触角测量仪等对改性前后的PU膜进行了表征。结果表明:PDOPA和COS前后被成功固定到PU膜的表面;而且,有效提高了PU膜表面的粗糙度、亲水性以及热稳定性。抑菌实验结果表明:与纯PU膜相比,C-D-PU膜的抑菌率提高至48.78%。体外细胞培养结果表明:与纯PU膜相比,D-PU和C-D-PU复合膜对NIH-3T3细胞的增殖、粘附及铺展均具有明显的促进作用,尤其后者,效果更为明显。  鉴于季铵化壳寡糖拥有更好的亲水性和抑菌性,本研究采用两种不同分子量、相同脱乙酰度的COS与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)发生季铵化反应,制备得到2000G-COS和5000G-COS。通过FTIR和1H NMR对G-COS的组成进行表征。结果表明:合成了比较稳定的取代度且结构稳定的G-COS。抑菌实验结果表明:季胺化大大提高了COS的抑菌率,且2000G-COS抑菌率优于5000G-COS。体外细胞培养结果表明:与COS相比,不同分子量的G-COS的细胞相容性有所降低,但是对于低浓度的G-COS并不表现出细胞毒性。  鉴于溶液浇铸成膜的PU膜的保湿性能不理想,本研究进一步采用静电纺丝技术构建PU纤维膜,然后基于DOPA的氧化自聚合反应,制备PDOPA层修饰的PU静电纺丝膜(D-PU),最后,基于PDOPA层制备G-COS修饰的PU静电纺丝膜(G-C-D-PU)。通过XPS、FESEM和接触角测定等对改性前后PU纤维膜进行表征。结果表明:2000G-COS分子已成功固定到PU膜表面,并且极大地提高了PU膜的亲水性和保湿性。抑菌实验结果表明:相比于纯PU纤维膜,6G-C-D-PU和10G-C-D-PU静电纺丝膜的抑菌能力显著提高,其中,6G-C-D-PU静电纺丝膜对E.coli和S.aureus的抑菌率分别为65.2%±4.3和61.4%±5.2,10G-C-D-PU静电纺丝膜对E.coli和S.aureus的抑菌率分别为75.3%±5.3和70.3%±4.5。体外细胞培养结果表明:除了10G-C-D-PU静电纺丝膜表现出细胞毒性,D-PU、6C-D-PU及低浓度改性G-C-D-PU静电纺丝膜的细胞相容性良好。  鉴于PU海绵孔洞尺寸大和力学性能不够理想,本研究进一步采用热致相分离技术将不同浓度壳聚糖(CS)贯穿到PU三维海绵中,制备得到拥有纳米纤维结构贯穿的PU/CS三维海绵。FESEM和压缩测试表明,PU/CS-1.25海绵拥有均匀的形貌和较高的压缩模量。进一步通过DOPA和2000G-COS改性PU/CS-1.25海绵,分别制备得到D-PU/CS-1.25和G-C-D-PU/CS-1.25海绵。通过保湿性测试和压缩性能测试,结果表明:D-PU/CS-1.25和G-C-D-PU/CS-1.25海绵极大地提高了PU海绵的保湿性;PU/CS-1.25、D-PU/CS-1.25和G-C-D-PU/CS-1.25海绵极大地提高了PU海绵的压缩性能。抑菌实验结果表明:D-PU/CS-1.25海绵对E.coli和S.aureus的抑菌率分别为13.1%±1.4和16.5%±1.1,G-C-D-PU/CS-1.25海绵对E.coli和S.aureus的抑菌率分别为71.8%±1.5和68.4%±1.2。体外细胞培养结果表明:D-PU/CS-1.25和G-C-D-PU/CS-1.25海绵表现出良好的细胞相容性,促进细胞增殖。体外动物实验结果表明:D-PU/CS-1.25和G-C-D-PU/CS-1.25海绵对实验动物无致敏、刺激等作用,并且,相对于PU/CS-1.25海绵,更加有利于创面肉芽组织的生长。
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