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魔芋葡甘聚糖/Ⅱ型胶原/壳聚糖三相复合材料的制备及性能研究

李娜娜  
【摘要】:皮肤是人体最大的器官,由于烧伤、静脉曲张、血管炎、皮肤癌等引起的溃疡以及急性创伤导致的皮肤缺损,常常由于缺乏可移植的自体皮片而使创面修复困难,虽然目前有自体皮移植、异体皮移植等诸多方法,但都不能满足需要,且存在一定局限性,故研究开发具有良好生物相容性的、在植入体内后可以自行生物降解的、可用于器官和软、硬组织的重建与修复的组织工程材料成为必然。 针对目前研究应用于组织工程皮肤高分子薄膜的吸湿性和透水性差的问题,特此提出制备以魔芋葡甘聚糖(Konj ac Glucomannan,KGM)为基的共混膜。KGM是天南星科魔芋属植物产生的天然高分子物质,是一种具有良好成膜性并易降解的材料,成膜后具有较好的力学性能,但却不具备生物相容性;Ⅱ型胶原蛋白(CollagenⅡ, COLⅡ)是人体和脊椎动物体现韧性的主要结构蛋白,具有良好的生物学特性,但存在力学性能差,降解快等缺陷;壳聚糖(Chitosan,CS)是一种生物相容性好、成膜性好及生物可降解的天然高分子化合物,是一种很有潜力的组织工程支架材料,但却很难降解。三者单独使用时都具有不同的缺陷,难以满足组织工程对生物材料性能的要求,故本论文在此基础上提出以KGM.COLⅡ.CS为主要原料来制备三相复合材料,从而以弥补三者各自使用的不足。 本论文中以KGM.COLⅡ.CS为主要原料,甘油、36%乙酸等为辅料,通过正交设计制定了三相复合膜的正交设计方案L9(34),采用溶液共混法来制备KGM/COLⅡ/CS三相复合膜,以共混膜的力学性能的断裂伸长率和拉伸强度及膜的表面性能的膜厚和吸水率作为综合考核指标,从而订出最佳原料配比:KGM为1.0000g.COLⅡ为0.6000g、CS为0.5000g、甘油0.200ml、36%乙酸0.500ml、蒸馏水1 OO.00ml来制备该膜。 最佳KGM/COLⅡ/CS三项复合膜的拉伸强度为86.3MPa,断裂伸长率为8.8%,膜厚为0.124mm,吸水率可达700%,这样能够减少共混皮肤膜的积液、防止细菌繁殖。KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜具有较好的水蒸气透过系数,达到了2.49g.mil/day,m~2.Pa;通过XRD分析,材料共混后,CS脱除了特征基团-乙酰基,KGM.COLⅡ影响了CS的结晶性能,故共混皮肤膜呈现无定形状态。由FT-IR分析可得KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜中三者单相的一级结构均无改变,但之间有强烈的氢键作用;KGM中乙酰基大量被脱除,且羟基也发生改变;CS的脱乙酰度也较高。由KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜的透光率(50%)和干态显微形貌、湿态SEM电镜综合分析可反映出三者之间具有较好的相容性,且成膜性能也很优异。KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜体外模拟降解实验结果分析表明共混皮肤膜的体外降解周期为6周左右,与人体皮肤组织的新陈代谢时间4-5周较符合。体外兔骨髓间充质干细胞和人体牙周膜成纤维细胞的体外培养试验证明了KGM/COLⅡ/CS共混皮肤膜具有良好的细胞亲和性及相容性,并用体外兔骨髓间充质干细胞进行了动物实验和人体牙周膜成纤维细胞进行了细胞的肌肉反应,以上实验均证明该材料可以作为可推广的皮肤支架工程材料的医学应用。


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