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胶原蛋白基薄膜材料的制备及研究

朱亮  
【摘要】: 胶原特殊的三螺旋结构使其具有优秀的生物学性能。胶原蛋白拥有显著的低免疫原性、生物可降解性、生物相容性,及止血特性,由胶原蛋白制备得到的材料在生物体内水解后的产物安全无毒,亲水性好,容易为生物体所吸收,这些特性使胶原蛋白在生物材料领域的应用非常广泛。其中又以膜形式的胶原蛋白生物材料最为常见,研究得也最多。 本文采用酸法和酶法结合的方法从新鲜猪皮中提取Ⅰ型胶原蛋白,对影响提取效率的两个重要因素:酶的用量变化、提取时间变化进行了重点的研究。用IR和UV来表征提取的胶原蛋白。研究了壳聚糖/胶原蛋白共混液的流变性、胶原蛋白基薄膜材料的力学性能、热性能、表面性能等。研究结果如下。 1、采用酸膨胀-胃蛋白酶降解的方法,以新鲜猪皮为原料可以提取得到三螺旋结构保持的较好的I型胶原蛋白。胶原蛋白的提取效率随酶浓度的提高而提高,随着时间的延长,在40h~50h时候提取效率达到最大值17.5%左右。 2、壳聚糖的稀醋酸溶液和胶原蛋白水溶液在20℃~40℃范围内都能够形成均匀的共混溶液。单纯的壳聚糖稀醋酸溶液和单纯的胶原蛋白水溶液在实验条件下的流动曲线均符合假塑性流体的特点,表现为剪切变稀流体。壳聚糖/胶原蛋白共混溶液体系具有比较特殊的流变曲线,当共混液浓度分别确定的时候,在20℃~30℃的较低温度区间内体系表现为剪切变稀流体,但是在40℃~50℃的较高温度区间内体系表现为明显的牛顿流体,在30℃~40℃是共混溶液体系由剪切变稀流体向牛顿流体转变的一个过程,并且这种转变趋势随着壳聚糖含量的增加而有所强化。 3、在共混溶液中,壳聚糖含量越高,体系的ηa越大,在30℃~35℃之间降低的幅度越大;随着剪切速率的增加,各配比体系下的ηa均达到一个平衡值。 4、壳聚糖/胶原共混溶液体系的流动活化能是温度的函数,在30℃~35℃之间,共混溶液体系的结构发生了变化,出现了新的流动机理的出现。 5、纯胶原蛋白、纯壳聚糖和纯聚乙烯醇三者的共混膜中存在较强的相互作用。共混膜中三者大分子链之间的相互作用破坏了分子链的规整度,导致共混膜的热稳定性能有所下降。 6、按照本文的各自组分的浓度,当1份的胶原蛋白溶液中加入1份聚乙烯醇溶液和8份壳聚糖溶液进行共混后,得到的共混膜拉伸强度具有比较大的提高,而当共混液中再加入0.5%的戊二醛交联剂后,共混膜的强度得到进一步的提高,达到了22.38MPa,与单纯的胶原蛋白薄膜相比提高了约372.15%。 7、在不同配比的共混膜中,各组分各自对抗张强度的贡献也是不同的:当壳聚糖含量占绝对优势时,复合膜表现为壳聚糖所特有的性能,而当胶原蛋白含量占绝对优势时,则表现为胶原蛋白的力学性能特点。 8、随着戊二醛交联剂用量的增加,聚乙烯醇含量为10%的不同配比的共混膜的拉伸强度先是逐渐增加,当戊二醛用量为2.2%时膜的拉伸强度达到一个最大值,然后随着戊二醛的含量的进一步增加,膜的拉伸强度表现为一个缓慢降低的一个过程;聚乙烯醇含量为30%的不同配比的共混膜表现为先增加后降低,接着再次有一个增加的过程。 9、纯的胶原蛋白膜样品呈现为乳白色不透明的膜,共混后的膜为半透明状的,质地柔韧。 10、改性后的胶原蛋白薄膜复合材料表面平整光滑,具有较低的表面能。不同配比的共混膜的静态接触角在600~700之间。


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