具有抗菌、止血和促修复性能的聚谷氨酸/聚赖氨酸复合水凝胶制备及其在皮肤再生中的应用研究

摘要

水凝胶因其独特的性质已成为生物医用材料研究的焦点，尤其在创伤修复材料领域更是具有得天独厚的优势，但传统水凝胶性能单一，不能兼具在创伤修复前期有效止血、控制感染等功能，限制了其在临床应用。因此，具有持久的抗菌、快速止血并能促进伤口愈合等多功能的水凝胶应运而生。　　在这项工作中，我们以聚谷氨酸和聚赖氨酸两种氨基酸为基体，以干酪素为发泡剂，并引入凝血因子钙离子，采用冷冻干燥技术，制备了一种多功能PGA-PLL-Ca水凝胶。聚谷氨酸和聚赖氨酸基体赋予了水凝胶优异的吸液性、保湿性、粘附性和抗菌性能，干酪素的参与赋予水凝胶多孔结构，钙离子的引入赋予水凝胶良好的止血性能。PGA-PLL-Ca水凝胶这些特有的性质不仅可在创伤前期有效止血而且还可为伤口提供一个湿润、无菌、封闭的微环境，促进创伤修复。综上所述，该水凝胶优异的抗菌、止血、促愈合性能弥补了传统水凝胶的单一性，是一种颇有应用前景的医用水凝胶，有望能够在临床上应用。　　在本研究内容中，主要分为以下四个部分：　　1.PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶制备及物化性能表征：我们以聚谷氨酸(PGA)和聚赖氨酸(PLL)两种氨基酸为基体，以有着明显的疏水区和亲水区，有较好的乳化性和发泡性的干酪素为发泡剂，并引入钙离子作为止血因子，在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的活化作用和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的催化作用下使得聚谷氨酸中的羧基与聚赖氨酸中的氨基发生酰胺反应并快速成胶，通过简单的冷冻干燥技术，制备出了一种新型的多功能水凝胶。并通过系列表征手段对其理化性能进行表征。其结果显示，PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶均呈贯通多孔结构，其孔径在50μm-400μm之间,孔隙率可达到80%；PGA-PLL水凝胶180秒内可吸收相较于自重50倍左右的RO水，20倍左右的PBS，10倍左右的全血，吸液率随着EDC、NHS含量的增加先增加后减小，随着氯化钙添加量的增加逐渐减小；PGA-PLL-Ca水凝胶的最大应力约40KPa，最大伸长率约为400%，除此之外,该水凝胶还表现出良好的钙离子释放和软组织粘附性能。　　2.PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶生物性能评估：血液相容性结果显示PGA-PLL和PGA-PLL-Ca水凝胶溶血率在1%左右。根据国家评估标准，医疗器械溶血率低于5%则认为血液相容性良好。MTT和AO/PI荧光染色结果显示PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶不影响成纤维细胞(L929 )的正常增殖。两种实验结果均证明PGA-PLL和PGA-PLL-Ca水凝胶生物相容性良好。通过抑菌圈、平板计数、吸光度三种方法验证PGA-PLL-Ca水凝胶的抗菌特性。其结果显示水凝胶组抑菌圈明显，并随PLL含量的增加逐渐变大，平板计数和吸光度法显示结果一致，水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均达到90%以上，显示出优异的抗菌性能。　　3.PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶止血性能研究：体外全血实验结果表明该水凝胶有良好的吸血性能，有助于纤维蛋白的形成，促进了血液的凝固。体外红细胞和血小板的粘附实验结果显示，水凝胶组比市售海绵对照组更有利于血小板和红细胞的粘附，并能有效激活血小板。体内大鼠肝脏出血模型结果显示出水凝胶实验组与市售止血海绵对照组相比明显减少了出血时间和失血量。　　4.PGA-PLL-Ca水凝胶促修复性能研究：不同时间点的全深层伤口宏观形貌显示出水凝胶组与对照相比明显缩短了伤口的愈合时间。H&E和免疫组化染色结果显示水凝胶组比对照组有更多的新生血管和成纤维细胞，更少的炎性细胞，真皮层也明显比对照组厚，表明该水凝胶有良好的促修复性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2抗菌水凝胶在生物医学领域的研究进展及应用

1.2.1具有固有抗菌性能水凝胶

1.2.2负载抗菌剂水凝胶

1.3止血材料研究进展

1.3.1 止血材料的研究背景及意义

1.3.2 止血机理

1.3.3止血材料

1.4创伤修复的研究进展

1.4.1 创伤修复过程

1.4.2 生物医用创伤修复材料的研究进展

1.5本论文的研究目的及内容

1.5.1 研究的目的及意义

1.5.2 研究内容

1.6技术路线

第2章 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶材料的制备及理化性能表征

2.1引言

2.2实验试剂与设备

2.2.1实验试剂

2.2.2 实验设备

2.3 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶的制备

2.4 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶理化性能表征

2.4.1红外表征

2.4.2微观形貌表征

2.4.3孔隙率测试

2.4.4 力学性能测试

2.4.5吸液率测试

2.4.6软组织粘附实验

2.4.7钙离子释放

2.5 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶理化性能结果分析

2.5.1 红外光谱分析

2.5.2微观形貌

2.5.3孔隙率

2.5.4力学性能

2.5.5吸液率测试

2.5.6 软组织粘附性能

2.5.7钙离子释放

2.6 本章小结

第3章 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶生物性能评价

3.1引言

3.2实验试剂与设备

3.2.1实验设备

3.2.2实验试剂

3.3 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶生物性能表征

3.3.1 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶溶血率评价

3.3.2 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca细胞相容性评价

3.3.3 PGA-PLL-Ca水凝胶抗菌性能评价

3.4 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶生物评价结果分析

3.4.1 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶溶血率分析

3.4.2 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶细胞相容性评价结果分析

3.4.3 PGA-PLL-Ca水凝胶抗菌性能分析

3.5本章小结

第4章 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶止血性能评价

4.1引言

4.2实验试剂与设备

4.2.1实验试剂

4.2.2实验设备

4.3 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶生物性能表征

4.3.1 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶体外全血实验

4.3.2 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶红细胞和血小板粘附实验

4.3.3 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶体内止血实验

4.4 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶体内外止血实验结果及分析

4.4.1 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶体外全血实验结果分析

4.4.2 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶对血小板和红细胞粘附性能分析

4.4.3 PGA-PLL及PGA-PLL-Ca水凝胶体内止血性能评价

4.5 PGA-PLL-Ca水凝胶止血性能讨论

4.6本章小结

第5章PGA-PLL-Ca水凝胶材料对皮肤缺损修复研究

5.1引言

5.2实验试剂与设备

5.2.1实验试剂

5.2.2实验设备

5.3 PGA-PLL-Ca水凝胶材料皮肤缺损模型实验方法

5.3.1动物实验方法

5.3.2伤口愈合率测定

5.3.3组织染色

5.4皮肤缺损模型实验结果分析

5.4.1皮肤缺损模型伤口愈合率分析

5.4.1伤口再生的组织形态学评估

5.5 PGA-PLL-Ca水凝胶促愈合性能讨论

5.6 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

简写附录

发表学术论文及申报专利情况