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介孔生物活性玻璃/壳聚糖止血材料的制备及研究

贾天保  
【摘要】:每年有大量人死于失血过多,特别是在战场、野外突发事件等,因此止血材料的开发与研究一直是热点。壳聚糖是研究者开发的一种新型止血材料,由于其对人体生物相容性好,可生物降解、能促进伤口愈合等而逐渐用于临床。但由于纯壳聚糖材料止血作用有限,常需复合其他止血药如凝血因子等。介孔生物活性玻璃是一种很好的止血剂,其具有均匀的纳米级介孔结构、较高的比表面积和生物活性,但介孔止血材料是粉体止血材料,使用不便。本文通过冷冻干燥方法,将介孔生物活性玻璃(M58S)和壳聚糖(CS)复合制成具有纳米及微米级的多孔止血材料,并对材料结构和性能进行了研究,本论文主要包括以下四个方面的研究内容: 1.介孔生物玻璃M58S的制备和交联剂的优选。首先,采用一步法制备M58S,采用TEM和小角XRD对其进行表征,表明制备的介孔生物活性玻璃M58S具有孔道结构且孔道均匀,孔径大小为5~8nm。其次,壳聚糖用交联剂的优选。本论文选用香草醛为交联剂,通过考察其多孔膜的力学性能来确定香草醛与壳聚糖之间的最佳比例。研究中分析了不同交联剂含量对壳聚糖力学性能的影响,结果表明:当壳聚糖和香草醛的质量比为4:1时,壳聚糖的力学性能达到最佳,此时壳聚糖多孔膜的拉伸应力为0.28MPa。 2. M58S/CS多孔膜材料的制备及其性能研究。结合M58S和CS的两者特性,采用冷冻干燥技术制备M58S/CS复合多孔膜。采用SEM、FTIR、XRD等测试手段对M58S/CS复合多孔膜的表面形貌,多孔结构,构相等进行表征,结果表明复合膜材料呈现连绵的多孔结构且孔隙分布较均匀;M58S与CS的复合主要以物理作用为主,M58S的加入对壳聚糖和香草醛之间的席夫碱反应无影响。探讨了介孔生物玻璃M58S加入后对M58SCS复合多孔膜的溶胀率、密度、吸水率、孔隙率和力学等性能影响,结果表明:随着介孔生物玻璃M58S含量的增加,复合多孔膜的吸水率和孔隙率下降;由于介孔粒子M58S的加入,改善了壳聚糖膜的保形性,可以根据材料的具体用途合理配置M58S和CS的比例;纯壳聚糖多孔膜的密度最小但力学性能最好,随着介孔生物活性玻璃M58S的加入,复合多孔膜的密度在增加,力学性能在下降。 3. M58S/CS复合多孔膜的生物活性和生物降解性能。首先,对复合多孔膜的生物活性及生物降解性进行了研究,结果表明:随着介孔生物活性玻璃M58S含量的增加,复合多孔膜材料表面的沉积物越来越多,即M58S的加入提高了CS的生物活性。相关的生物降解性研究表明:纯壳聚糖多孔膜在溶菌酶溶液中降解速率最快。加入M58S后,不同比例的M58S/CS复合多孔膜都具有良好的生物降解性;随着介孔生物活性玻璃M58S含量的增加,不同比例的M58S/CS复合多孔膜降解率有一定程度的下降。 4.基于动物实验的止血性能研究及其应用。首先,对制备出来的M58S/CS复合多孔膜进行了动物止血和细胞毒性测试,结果如下:介孔生物活性玻璃M58S粉,纯壳聚糖膜和不同比例的M58S/CS复合多孔膜都有一定的止血性能,但止血效果和材料的形态以及M58S和CS的质量比有关。粉体试剂的止血效果不及多孔膜。复合多孔膜的止血效果随着M58S的含量的增加,止血时间和出血量都在减小。当介孔生物活性玻璃M58S含量为60%时,止血时间为90秒,出血量为0.4±0.02g。通过细胞形态观察法和MTT比色法两种方法对纯壳聚糖膜和不同比例M58S/CS复合多孔膜进行细胞毒性测试,结果表明材料生物相容性好,是无毒的。其次,将M58S/CS的复合溶液涂覆在市场上普遍采用的医用脱脂棉纱布和吸收性明胶海绵上制备止血带,并进行动物止血试验。采用SEM、FTIR、TG等表征方法对止血带进行表征并对明胶海绵止血材料进行动物止血实验,结果表明:制备的止血带材料具有疏松多孔结构,保证了其透气性;M58S/CS止血和棉质纱布有很好的相容性,有利于进一步改善止血纱布的性能;热分析表明随着M58S含量的增加,重量损失在减小,材料的热稳定性提高;动物实验表明将M58S/CS的复合溶液涂敷在明胶海绵后,提高明胶海绵的止血性能。 以上研究表明,本文采用冷冻干燥法制备的M58S/CS复合多孔膜具有较好的形态结构;介孔生物活性玻璃M58S的加入对材料机械性能、吸水率、降解性等性能有一定的影响,但提高了材料的生物活性和止血性能;细胞毒性测试表明材料是无毒的,并且将介孔生物活性玻璃M58S和壳聚糖的复合溶液涂敷在医用脱脂棉纱布和吸收性明胶海绵上拓宽了其应用领域。因此,该复合材料有望作为一种新型止血材料。


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