载生物活性玻璃仿生纳米纤维薄膜制备及促进创面愈合研究

摘要

在创伤修复过程中，常规敷料的主要作用是给创伤愈合提供最好的环境，包括减轻疼痛、防止再次伤害、感染，及时改善患者营养状况并提供合适的伤口护理，这样的处理能保证大部分创伤能较为快速地愈合。但是，各种慢性难愈合型创伤往往起源于组织病变和细菌感染，比如糖尿病足、褥疮等，常规敷料就远远不能解决临床问题，这给该领域研究人员提出了巨大挑战。
　　本论文将围绕生物玻璃在创面愈合方面的独特功效，着力于糖尿病足等慢性创面的创面护理问题，开展新型多功能性生物活性敷料研究。首先，本论文探究了壳聚糖(CS)-明胶(GEL)复合物(C/G)的电纺的可行性，从而构建具备仿细胞外基质纳米纤维网络结构的仿生型敷料;其次，通过引入具有优异抑菌、促进血管化和创面愈合等诸多功能的生物玻璃纳米粒(BG)，制备出G/C-nBG复合纳米纤维薄膜敷料;此外，本论文还进一步通过建立大鼠皮肤深2度烫伤模型，探讨了生物玻璃本身在促进创面愈合方面的生物学效应。本论文的具体研究进展和成果如下。
　　1.C/G复合物电纺纳米纤维薄膜优化制备研究
　　将CS和GEL分别溶于稀醋酸溶液和去离子水，并按两种聚合物比例进行混合，进行高压静电纺丝制膜。实验结果显示，当CS与GEL之比为1∶19、3∶17和5∶15时均能形成纳米纤维薄膜，再提高GEL含量后可纺性显著下降。与此同时，这种可纺性还与二者的浓度密切相关，维持GEL浓度不变增加CS含量比例可纺性较差，因而在维持二者上述比例情况下，GEL浓度逐渐降低能获得光滑均匀的纳米纤维和结构稳定、良好的复合电纺薄膜;同时，纳米纤维直径随CS的减少而有所增增大。为了更好的发挥CS组分止血、抗感染、防黏连等特性，本论文后续研究工作将二者比例维持在3∶17，同时确定了最适纺丝电压为15 kV，最适的电纺间距为15 cm。
　　2.G/C-nBG复合纳米纤维薄膜制备研究
　　首先，运用溶胶-凝胶法制备基于45S5生物玻璃的新型生物玻璃BG，各氧化物基本组成为:36.4 SiO2，22.5 CaO，14.5 B2O3，9.2 P2O5，0.4 CuO，0.4 ZnO，13.9K2O，3.7 Na2O(wt％)，并经球磨获得粒径在840-1660nm范围的超细颗粒粉体。结合上述电纺条件，开展BG掺杂纳米纤维薄膜制备和表征分析。结果显示，BG的添加的量达到15％时仍能获得良好微结构的复合薄膜，且经检测该BG复合薄膜内能稳定释放析出多元生物活性无机离子组合物。其次，BG的加入能增强了C/G复合纤维电纺膜的抗拉伸力学性能，含15％BG的G/C-nBG复合纳米纤维薄比纯有机C/G复合纳米纤维薄膜的拉伸强度增加了2.8倍以上，杨氏模量也提高了一倍，薄膜断裂伸长率增加了1.5倍。而且，BG能调节C/G复合纳米纤维薄的亲水性，亲水性发生逐渐下降的趋势给创面防黏连势必带来良好效果。再次，通过G/C-nBG复合纳米纤维薄膜大鼠皮下包埋实验，发现添加BG的G/C-0BG复合纳米纤维薄膜和没添加BG的G/C-0BG复合纳米纤维薄膜都具有良好的生物相容性和生物降解性，这得益于壳聚糖和明胶作为敷料的天生的优势。此外，本论文还初步探讨了介孔纳米微球代替BG可纺性实验研究，结果证明颗粒直径在～300 nm的介孔球能维持C/G的可纺性，获得具有珍珠项链形态的有机-无机复合电纺丝薄膜，这一发现势必在开拓载药-缓释型慢性创面功能敷料方面获得突破。
　　3.生物玻璃体内外生物学效应研究
　　为了进一步证明本论文研究中BG对创面愈合方面的多种效应，还开展了体外抑菌实验和大鼠皮肤深2度烫伤模型试验。结果表明，本文合成的添加B元素和Zn元素的BG对于细菌A.viscosus和E.coli，比45S5的抑菌效果好;本合成的多种BG比常规生理盐水擦拭处理、壳聚糖处理具有更为显著的促进创面愈合效果，同时在抗感染、创面结痂效率、新血管形成等方面也显示出独特的生物效应，从而推论本论文研究制备的G/C-nBG复合纳米纤维薄在解决慢性创面方面讲显示巨大的应用潜力。
　　总之，本论文初步开发出一种具有仿生微纳结构并具有显著促进创面愈合的新型G/C-nBG复合纳米纤维薄敷料，这一研究成果预期对解决临床上大量慢性难愈合创面方面讲显示巨大的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物医学材料

1．2 静电纺丝技术

1．2．1 静电纺丝技术简介

1．2．2 静电纺丝技术的发展

1．2．3 静电纺丝在生物医学中的应用

1．3 明胶

1．4 壳聚糖

1．5 生物玻璃

1．6 本课题研究内容的提出

第二章 明胶与壳聚糖的共混电纺研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备

2．2．3 纺丝液配制与静电纺丝

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 壳聚糖与明胶的比例对电纺的影响

2．3．2 电压对壳聚糖与明胶电纺的影响

2．3．3 接收距离对壳聚糖与明胶电纺的影响

2．4 本章小结

第三章 生物玻璃掺杂壳聚糖／明胶纤维薄膜的制备研究

3．1 引言

3．2 试剂与材料

3．3 生物玻璃的制备

3．4 溶液配制及静电纺丝

3．5 表征方法

3．5．1 G／C-nBG电纺膜的交联及理化性能测试

3．5．2 机械性能测试

3．5．3 水接触角(WCA)测试

3．5．4 平衡吸水率(WUC)及面积变化率(ARC)测试

3．5．5 体外离子释放测试

3．5．6 体内生物相容性测试

3．6 结果与讨论

3．6．1 形貌分析

3．6．2 FTIR分析

3．6．3 TG-DTA分析

3．6．4 机械性能分析

3．6．5 水接触角分析

3．6．6 WUC和ACR分析

3．6．7 离子释放分析

3．6．8 体内生物相容性评估

3．7 C／G-介孔纳米微球复合纳米纤维制备研究

3．7．1 制备silica微球的实验材料

3．7．2 silica微球的制备方法

3．7．3 添加二氧化硅微球的C／G电纺

3．8 本章小结

第四章 生物玻璃体内外生物学效应研究

4．1 生物玻璃制备

4．2 体外抑菌测试

4．3 动物深二度烫伤模型建立

4．4 HE染色

4．5 体外抑菌评估

4．6 创面愈合分析

4．7 创面组织学观察

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果