静电纺聚氨酯弹性体PEUU/明胶复合材料的制备及性能研究

摘要

组织工程技术的发展为人造皮肤移植提供了新的方法，如何制造性能优良的仿生人造皮肤对于有效地缓解临床上对人造皮肤的极大需求具有重大意义。可降解聚氨酯弹性体由于具有弹性好，分子结构可设计，性能可调节，容易加工成型等优点，在人造皮肤领域具有很大的应用潜力。然而单纯的合成高分子仍然不能够满足人造皮肤支架的生物相容性要求，因此，通过天然材料与合成材料共混，以制备出综合性能优良的复合支架，成为生物医学领域的一个重要研究方向。
　　本研究中，我们首先通过溶液聚合的方法，自主合成了一种可降解聚氨酯弹性体PEUU。采用低分子量的 PCL作为软段，采用直链状的 HDI作为硬段的一部分，采用丁二胺作为扩链剂。红外结果表明，PEUU分子结构中含有氨基甲酸酯结构。通过 GPC测定其重均分子量为155,000。PEUU具有优良的弹性，然而单纯的PEUU仍然不能满足作为皮肤组织工程支架的综合性能要求，因此，我们采用天然材料与其进行共混。
　　通过静电纺丝工艺，制备了PEUU纳米纤维支架和明胶含量不同的纳米纤维支架，采用戊二醛对所制备的静电纺复合支架进行交联，交联时间为24小时。研究了它们的基本性能，发现明胶的加入会降低纤维支架的力学性能；当明胶含量为25％时，支架表现出了非常好的亲水性。随着明胶含量的增加，复合支架的结晶度逐渐降低。经过戊二醛交联之后的复合支架，由于明胶分子中交联结构的存在，使得复合支架的结晶性能有显著下降。体外生物相容性测试以小鼠成纤维细胞（L929）作为种子细胞。MTT，细胞电镜，染色结果均表明，当PEUU与明胶质量比例为75:25时，复合支架表现出良好的生物相容性。通过以上表征可以看出，当PEUU与明胶的质量比为75:25时，复合纳米纤维支架表现出良好的综合性能。
　　纳米纤维直接负载活性物质容易造成突释现象，为了延缓活性物质的释放时间，采用天然层状蒙脱土作为活性物质的载体材料。由于天然蒙脱土的层间距较小，不利于药物分子的插入，因此采用有机分子十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对天然钠基蒙脱土进行有机改性，得到有机蒙脱土CTAB-OMMT。以抗菌药物阿莫西林（AMX）作为模型药，通过溶液插层法将 AMX药物分子插入到有机蒙脱土CTAB-OMMT层间，得到了载药有机蒙脱土 AMX@CTAB-OMMT。通过对插层及改性前后的蒙脱土进行XRD分析，发现经过CTAB改性的有机蒙脱土的层间距从天然蒙脱土的1.501 nm增加到1.988 nm。药物插入到蒙脱土的层间之后，载药蒙脱土的层间距又进一步增加到2.015 nm，表明药物分子成功负载到了蒙脱土的层间。通过热重分析，红外分析和透射电镜TEM分析，可以进一步表明药物分子与层状有机蒙脱土的成功复合。
　　为了进一步得到可以减缓活性物质释放速率的复合支架，本研究以六氟异丙醇作为溶剂，以PEUU和明胶质量比为75:25配成纺丝液（PU75），将载药有机蒙脱土AMX@CTAB-OMMT加入到PU75纺丝液中，充分混匀后得到负载药物的无机材料与有机材料共混的静电纺丝纳米纤维复合支架。通过对复合支架的纤维形貌观察，发现载药有机蒙脱土的加入对纳米纤维的表面形貌并没有显著影响。通过接触角实验表明加入载药有机蒙脱土之后的复合纳米纤维支架的亲水性要好于单纯的PEUU和明胶共混的PU75纳米纤维。力学测试结果表明，蒙脱土的加入显著地提高了PU75纳米纤维的力学性能，这主要是由于纳米颗粒起到了增强的作用。生物相容性实验表明，相比于PU75纳米纤维而言，载药有机蒙脱土的加入并没有对L929细胞起到抑制作用。细胞电镜的观察结果也表明，L929细胞在含有载药蒙脱土的复合支架上仍然表现出形貌良好的生长行为。为了研究药物的释放行为，我们将含有改性蒙脱土，抗菌药物AMX和PU75的共混纳米纤维作为一个对照组，将只含抗菌药物和PU75的纳米纤维作为另外一个对照组。结果表明，通过溶液插层法制备的载药蒙脱土与PU75复合的纳米纤维复合支架相比于对照组，可以有效地延长药物的释放时间。抗菌实验的结果也证实了缓释实验结论。皮肤刺激性过敏试验结果表明含有载药有机蒙脱土的纳米纤维复合支架对于老鼠皮肤并没有刺激作用，为其作为组织工程支架的进一步应用提供了实验依据。

目录

声明

第一章 引言

1.1皮肤组织工程简介

1.2可降解聚氨酯复合材料简介

1.3静电纺丝技术简介

1.4蒙脱土简介

1.5本课题的研究目标与内容

第二章 PEUU的合成及其与明胶复合纳米纤维的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

第三章 蒙脱土的改性及载药蒙脱土的制备

3.1 引言

3.2 蒙脱土的改性

3.3结果与分析

3.4 本章小结

第四章 蒙脱土载药纳米纤维复合支架的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1实验结论

5.2存在问题

5.3应用展望

参考文献

硕士期间的学术成果

致谢