可注射性多糖纳米复合水凝胶的制备与性能

摘要

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种独特的纳米级立方形杂化分子，由核心的无机二氧化硅笼和顶点上的有机基团组成，分子可设计性强，与聚合物体系具有良好的相容性，并可增强其力学性能和热稳定性。更为重要的是，POSS具有良好的生物相容性和无毒性等优点，被认为是新一代具有较大应用潜力的生物医用材料。天然多糖由于其良好的生物相容性、生物可降解性和廉价量足等特点，受到人们的广泛关注，并成为构建可注射性水凝胶的理想选择之一。但是天然多糖水凝胶的机械性能较差，功能单一，这些严重限制了其进一步应用。本论文以天然多糖为研究对象，并将两种带有氨基官能团的笼型聚倍半硅氧烷：八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷(OCAPS)和八聚氯化胺苯基倍半硅氧烷(OAPS)通过动态共价键引入到多糖体系中，制备了三种基于席夫碱键的可注射性水凝胶体系，并对三种水凝胶体系的结构、性能及应用进行了研究，研究内容如下：　　1.首先将羟丙基纤维素(HPC)通过高碘酸钠(NaIO4)氧化引入醛基，随后以含有醛基的HPC和壳聚糖(CS)为反应物，OCAPS为多官能团交联剂和纳米增强剂，在生理条件下，通过溶液共混的方法，构建一种基于席夫碱键的CS/HPC/OCAPS水凝胶。研究发现在5.0wt%CS和pH为5.9的条件下，制备的CS/HPC/OCAPS凝胶化时间较为适宜，而且随着凝胶体系中OCAPS含量的逐渐增加，其胶凝化时间有规律地从80s降低到49s，并具有良好的可注射性。由于水凝胶中动态席夫碱键的存在，使得其具有良好的pH响应性和自愈合性能。红外、XRD、SEM和EDX的分析表明，OCAPS的引入影响了CS和HPC分子之间的氢键作用，干扰了分子的有序排列并降低了CS的结晶度。随着OCAPS含量的提高，水凝胶的孔洞直径逐渐减小，孔洞结构更为致密。同时OCAPS在水凝胶中有着较好的分散性。力学性能研究表明，OCAPS的引入可以提高CS/HPC/OCAPS水凝胶的弹性模量、黏性模量、压缩强度和压缩模量。CS/HPC/OCAPS水凝胶中BSA释放行为和体外降解性能测试表明，OCAPS的引入可以提高CS/HPC/OCAPS水凝胶的累积释药率，降低CS/HPC/OCAPS水凝胶的降解速率，其中BSA的释放机制是由主要的Fickian扩散和次要的溶蚀释放协同作用的结果。生物相容性测试结果表明，CS/HPC/OCAPS水凝胶具有良好的生物相容性和抗溶血性。导电性能测试表明，CS/HPC/OCAPS水凝胶具有较好的导电性。　　2.通过丁二酸酐对壳聚糖进行酰化改性，制备一种水溶性的酰化壳聚糖(NCS)。利用高碘酸钠对海藻酸钠进行氧化，制得带有醛基官能团的氧化海藻酸钠(OSA)，随后以醛基为化学结合位点，与NCS和OCAPS中的氨基发生醛胺缩合反应，制备了一种基于席夫碱键的NCS/OSA/OCAPS水凝胶。在本研究中，随着体系中OCAPS的引入以及含量的增加，水凝胶的颜色逐渐加深，透明度逐渐下降，胶凝化时间从220s降低到40s，而且均具有可注射性能。红外和XRD分析表明，亚胺键(-C＝N-)存在于水凝胶网络中，并且破坏了OCAPS和NCS/OSA的有序结构，结晶性下降。SEM和EDS观察表明，水凝胶中OCAPS含量越高，其孔洞尺寸越小，壁厚越薄，网络结构越致密，同时OCAPS在水凝胶中分散性良好。流变和压缩性能研究表明，OCAPS的引入可以提高NCS/OSA/OCAPS水凝胶的弹性模量、黏性模量、损耗因子、压缩强度和压缩模量。药物释放行为和体外降解性能测试表明，与NCS/OSA水凝胶相比，NCS/OSA/OCAPS的载药率和累积释药率均有所提高，降解速率下降。生物相容性研究表明，NCS/OSA/OCAPS水凝胶具有较好的生物相容性和抗溶血性。导电性能研究表明，NCS/OSA/OCAPS水凝胶具有良好的导电性。　　3.以苯基三氯硅烷为原料，在苄基三甲基氢氧化铵的催化作用下合成了一种水溶性八聚氯化胺苯基笼型倍半硅氧烷(OAPS)。将OAPS引入到CS/HPC体系中，制备一种基于芳香胺和脂肪醛的席夫碱键的CS/HPC/OAPS纳米复合水凝胶。CS/HPC/OAPS水凝胶具有优良的可注射性能，随着OAPS含量的增加，水凝胶更易于成型，胶凝化时间从80s降低到62s。同时水凝胶的孔径减小，壁厚变薄。虽然CS/HPC/OAPS水凝胶的屈服应变范围在7.1-33.2%，低于CS/HPC水凝胶的屈服应变314.6%，然而其弹性模量、黏性模量、压缩强度和压缩模量均有所提高。水凝胶中OAPS的存在提高了凝胶的负载率和累积释药率，同时降低了CS/HPC/OAPS的降解性能，表明其在药物载体等领域中具有潜在的应用价值。导电性能研究表明，NCS/OSA/OCAPS水凝胶具有良好的导电性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2多面体低聚倍半硅氧烷

1.2.1多面体低聚倍半硅氧烷的介绍

1.2.2 多面体低聚倍半硅氧烷的应用

1.3天然多糖

1.3.1纤维素

1.3.2壳聚糖

1.3.3海藻酸钠

1.4水凝胶

1.4.1水凝胶的介绍

1.4.2水凝胶的分类

1.4.3水凝胶的应用

1.5选题意义及研究内容

1.5.1选题意义

1.5.2 研究内容

第二章 CS/HPC/OCAPS纳米复合水凝胶的制备与性能

2.1 引言

2.2实验部分

2.2.1实验试剂及仪器

2.2.2八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷(OCAPS)的制备

2.2.3氧化羟丙基纤维素(HPC)的制备

2.2.4 CS/HPC/OCAPS水凝胶的制备

2.2.5 测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1 CS/HPC/OCAPS水凝胶的制备分析

2.3.2 CS/HPC/OCAPS水凝胶的pH响应性

2.3.3 CS/HPC/OCAPS水凝胶的红外谱图分析

2.3.4 CS/HPC/OCAPS水凝胶的XRD谱图分析

2.3.5 CS/HPC/OCAPS水凝胶的SEM观察

2.3.6 OCAPS在CS/HPC/OCAPS水凝胶的分散性研究

2.3.7 CS/HPC/OCAPS水凝胶的溶胀性能研究

2.3.8 CS/HPC/OCAPS水凝胶的流变性能研究

2.3.9 CS/HPC/OCAPS水凝胶的压缩性能研究

2.3.10 CS/HPC/OCAPS水凝胶的自愈合性能研究

2.3.11 CS/HPC/OCAPS水凝胶的药物释放行为研究

2.3.12 CS/HPC/OCAPS水凝胶的体外降解

2.3.13 CS/HPC/OCAPS水凝胶的细胞毒性和溶血性研究

2.3.14 CS/HPC/OCAPS水凝胶的导电性能研究

2.4本章小结

第三章 NCS/OSA/OCAPS纳米复合水凝胶的制备与性能

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂及仪器

3.2.2八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷(OCAPS)的制备

3.2.3酰化壳聚糖(NCS)的制备

3.2.4氧化海藻酸钠(OSA)的制备

3.2.5 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的制备

3.2.6 测试与表征

3.3.1 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的制备分析

3.3.2 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的可注射性能研究

3.3.3 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的红外谱图分析

3.3.4 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的XRD谱图分析

3.3.5 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的SEM观察

3.3.6 OCAPS在NCS/OSA/OCAPS水凝胶的分散性研究

3.3.7 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的溶胀性能研究

3.3.8 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的流变性能研究

3.3.9 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的压缩性能研究

3.3.10 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的药物释放行为研究

3.3.11 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的体外降解

3.3.12 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的细胞毒性和溶血性研究

3.3.13 NCS/OSA/OCAPS水凝胶的导电性能研究

3.4本章小结

第四章 CS/HPC/OAPS纳米复合水凝胶的制备与性能

4.1 引言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂及仪器

4.2.2八苯基笼型倍半硅氧烷(OPS)的制备

4.2.3八硝基苯基笼型倍半硅氧烷(ONPS)的制备

4.2.4八聚氯化胺苯基笼型倍半硅氧烷(OAPS)的制备

4.2.5氧化羟丙基纤维素(HPC)的制备

4.2.6 CS/HPC/OAPS水凝胶的制备

4.2.7 测试与表征

4.3结果与讨论

4.3.1 CS/HPC/OAPS水凝胶的制备分析

4.3.2 CS/HPC/OAPS水凝胶的可注射性能研究

4.3.3 CS/HPC/OAPS水凝胶的pH响应性

4.3.4 CS/HPC/OAPS水凝胶的红外谱图分析

4.3.5 CS/HPC/OAPS水凝胶的XRD谱图分析

4.3.6 CS/HPC/OAPS水凝胶的的SEM观察

4.3.7 OAPS在CS/HPC/OAPS水凝胶的分散性研究

4.3.8 CS/HPC/OAPS水凝胶的溶胀性能

4.3.9 CS/HPC/OAPS水凝胶的流变性能

4.3.10 CS/HPC/OAPS水凝胶的压缩性能

4.3.11 CS/HPC/OAPS水凝胶的自愈合性能研究

4.3.12 CS/HPC/OAPS水凝胶的药物释放行为研究

4.3.13 CS/HPC/OAPS水凝胶的体外降解

4.3.14 CS/HPC/OAPS水凝胶的导电性能研究

4.4本章小结

结论

参考文献

附录

致谢