有机/无机杂化自愈合水凝胶的合成及其生物应用

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在复杂的体内环境中,传统水凝胶受到外部机械力或化学侵蚀作用后在宏观或微观上产生裂纹,其网络结构和功能完整性会受到影响,进而缩短凝胶使用寿命。新型自愈合凝胶可修复由于极端外部条件(如剧烈运动的机械动力环境)所引起的材料区域性损伤,实现软材料的智能化。本论文通过分子设计方法合成了基于B-O-B键的自愈合水凝胶,并进一步通过物理和化学交联相结合的方式形成了水凝胶的网络状结构,将不同的功能单体通过共价键引入高分子链中赋予其独特功能。制备的多功能性有机/无机杂化自愈合水凝胶,可在短时间内实现快速愈合修复损伤,解决了医用材料在实际应用中易受损的问题。首先,基于动态B-O-B键合成了新型自愈合水凝胶伤口敷料,水凝胶伤口敷料被破坏后可快速自行愈合进而重复使用。在该凝胶体系中引入1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐(VBIMBr)赋予其抗菌性能,VBIMBr能够通过所带电荷破坏细菌细胞膜的磷脂双分子层,达到杀灭细菌的目的。以共价键聚合和化学交联的方式制备出聚(4-乙烯基苯硼酸-N-乙烯基吡咯烷酮-1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐)(VNV)抗菌水凝胶敷料并对其进行系列表征测试。VNV水凝胶基于硼酯键可在60分钟内实现损伤的完全愈合。同时VNV-3水凝胶的拉伸应力可达129.35 Pa,最大拉伸断裂长度可达自身的378.44%,轴向拉伸实验证明VNV水凝胶在愈合后可快速恢复至原始状态。以BSA为模型测试出VNV-3水凝胶对蛋白质的吸附能力为517.92 mg/g。抑菌实验表明,VNV-3水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌具有良好的抑菌效果。细胞毒性实验显示VNV水凝胶对细胞无毒。大鼠创面愈合模型和组织形态学评价结果表明,VNV水凝胶敷料可促进伤口愈合。其次,合成了新型自愈合光致发光组织支架材料。以自由基聚合和硼酯键交联的方法制备了聚(4-乙烯基苯硼酸-N-乙烯基吡咯烷酮-EDPM)(VNE)自愈合水凝胶组织工程支架材料,动态B-O-B键的快速愈合特性使支架在体外甚至体内受损时仍能在短时间内恢复损伤。通过共价键将具有优异发光性能的油溶性含铕配合物EDPM引入到水凝胶体系中,赋予组织工程支架可识别性,并对其进行表征。VNE水凝胶具有高透明度,在波长为385 nm的紫外光照射下能够激发出强烈的可穿透鸡皮的红光,其优异的光致发光特性使VNE水凝胶具有可识别特性。VNE-4水凝胶的拉伸应力可达9.46 k Pa,最大断裂伸长率可达自身的33.04%。同时细胞毒性实验显示VNE水凝胶对细胞无毒。
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