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海绵状家蚕丝胶凝胶的研制与结构性能表征

张海萍  
【摘要】: 丝胶在自然状态下能够形成凝胶,但机械性能较差,不能满足生物材料的要求。通过与其它生物高分子(如聚乙烯醇等)复合或用交联剂进行化学修饰,可以明显地提高丝胶凝胶的机械性能。由于生物相容性是生物材料的一个重要性质,而化学试剂的添加容易降低材料的生物相容性,因此,尽可能使用低毒性的、少用或不用化学试剂来研制凝胶材料是一大难点课题。 本研究通过对不同热水降解方法(热水提取和水浴处理相结合)制备丝胶的结构性能研究,选择出合适的丝胶、采用不添加化学试剂的冷冻解冻方法进行海绵状凝胶的制备,然后对不同条件下制备的凝胶的结构与性能进行了表征,为研制生物相容性较好的凝胶材料提供了新的思路。 第二章对不同分子量丝胶结构与性能的比较研究,可为丝胶的有效利用提供参考依据。本研究采用沸水法和高温高压法提取丝胶,并进行各种水浴处理(不同温度和不同水浴时间),获得各种不同分子量的热水降解丝胶溶液和粉末。SDS-PAGE蛋白质凝胶电泳检测发现两种提取丝胶的分子量分布差异较大,沸水提取丝胶的分子量高且分布集中,而高温高压提取丝胶的分子量小且分布散。热水降解丝胶的分子量随水浴处理温度升高和水浴处理时间延长而降低。通过对各种热水降解丝胶在三种温度(4℃、15℃和25℃)条件下的胶凝性研究,发现两种提取丝胶在三种温度条件下的胶凝速度不同,尤其是沸水提取丝胶。不管是否经过水浴处理,高温高压提取丝胶的胶凝速度始终比沸水提取丝胶的快。各种热水降解丝胶的热水溶解性(80℃溶解2h)研究发现不管是否经过水浴处理,两种提取丝胶的溶解率差异不大,且都随水浴处理温度升高和水浴处理时间延长而增大。差示扫描量热法(DSC)和红外分析(FTIR)结果表明不管是否经过水浴处理,两种提取丝胶中都含有无规卷曲结构和结晶结构。 第三章对丝胶在不同冷冻条件(如丝胶浓度、冷冻温度、冷冻时间和冷冻解冻次数)下的胶凝率进行了研究,以期获得高效的冷冻条件。结果发现除冷冻温度对胶凝率影响稍大外,其它制备条件影响都较小,说明丝胶的胶凝率不易受制备条件的影响。通过对不同方法制备的丝胶的胶凝率比较,发现高温高压提取丝胶的胶凝率比沸水提取丝胶稍高,且两种提取丝胶胶凝率随水浴处理时间的延长而降低。 第四章采用沸水提取丝胶,通过冷冻解冻和浸洗处理,制备了海绵状丝胶凝胶,然后对不同冷冻条件下制备凝胶的结构进行了研究。扫描电镜(SEM)观察发现丝胶浓度和冷冻温度对凝胶孔的形状影响较大,而且同一凝胶不同部位的孔形状差异也较明显。采用液体吸渗法对凝胶的密度、孔隙度和最大吸水倍数进行了研究,发现凝胶密度受丝胶浓度、冷冻温度和冷冻时间的影响较大,最大吸水倍数受丝胶浓度的影响较大,而孔隙度受制备条件影响较小。DSC、FTIR和X射线衍射分析发现丝胶凝胶中存在大量的无规卷曲结构和少量的结晶结构。 第五章对不同条件下制备丝胶凝胶的吸水性、持水性、溶解性、生物降解性、力学性和细胞毒性等进行了比较研究,为进一步研制性能优良的丝胶凝胶生物材料提供了依据。研究发现丝胶凝胶吸水性主要受丝胶浓度和冷冻温度的影响较大,而持水性则主要受丝胶浓度的影响。溶解性试验表明丝胶凝胶具有热水溶性,溶解率随溶解温度提高和溶解时间延长而增大。丝胶凝胶的酶解率随酶解时间和酶浓度增大而增大。力学性研究表明进入凝胶中的水分子能够有效地增强凝胶的柔韧性,完全溶胀丝胶凝胶具有较好地柔韧性和回复性。L-929细胞毒性研究发现浸洗处理,能够降低凝胶浸提液毒性,达到医用标准。


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