壳聚糖基材料在仿生合成和组织工程支架中的应用研究

来源 :华侨大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgr2020
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壳聚糖由于富含羟基、氨基等能与矿物离子发生亲和作用的基团而被视为仿生合成生物矿物的天然模板。而羧基和磺酸基对矿物晶体具有特殊的亲和力。本文将羧基和磺酸基引入壳聚糖,合成具有双官能团的壳聚糖衍生物,结合了壳聚糖自身的优势以及羧基和磺酸基的双官能团协同作用,一方面以期提高对生物矿物碳酸钙和羟基磷灰石(HA)的仿生调控作用;另一方面以合成的壳聚糖衍生物为基材,复合以之为模板仿生合成的纳米级羟基磷灰石,制备组织工程支架,以满足骨组织工程支架对多孔性和良好力学性能的要求,有望为制备具有良好生物活性和良好力学性能的组织工程支架提供借鉴。  本文以琥珀酸酐和氯代磺酸盐为羧化和磺化试剂,制备双官能团壳聚糖衍生物,N-琥珀酰基-O-羟丙基磺酸壳聚糖(SA-HPSCS)。通过红外(FT-IR)、核磁(1HNMR)、元素分析(EA)、热重(TG)等手段对SA-HPSCS进行表征。结果显示,琥珀酰基和羟丙基磺酸基成功引入壳聚糖。其中,分子量为50kDa的SA-HPSCS的官能团取代度最高,分别为42.01%和57.50%;XRD和TG结果显示,虽然官能团的引入导致壳聚糖的结晶性和热稳定性下降,但壳聚糖衍生物在200℃以内的热稳定性良好。  仿生合成方面,以SA-HPSCS为有机基质,以不含有机基质的纯水体系和单官能团壳聚糖衍生物(琥珀酰化壳聚糖)为对照,研究SA-HPSCS对碳酸钙和羟基磷灰石的调控效果,探讨pH、时间、温度、钙离子浓度等因素对SA-HPSCS仿生合成矿物晶体的影响。通过FT-IR、XRD、扫描电子显微镜(FESEM)对合成的矿物晶体进行分析,结果表明SA-HPSCS能有效诱导碳酸钙球霰石和纳米级的球形羟基磷灰石的生成。其中,pH对SA-HPSCS仿生合成碳酸钙有较大影响,由于pH的改变影响了SA-HPSCS的带电环境和晶体的结晶动力学参数,导致不同pH条件下所合成的球霰石的含量和尺寸发生变化:当pH=6,得到含量为95.81%,尺寸为6-12μm的球霰石;提高pH,球霰石的含量和尺寸减小。当pH增至10时,球霰石含量和尺寸分别为75.20%和2-6μm。而当陈化时间为24h,SA-HPSCS添加量为0.030g,钙离子浓度为0.10mol·L-1,温度为37℃时,SH-HPSCS对羟基磷灰石的调控效果最好,得到尺寸为200nm左右、有较好分散性的球形羟基磷灰石。  在组织工程方面,利用原位沉析和冷冻干燥的方法制备SA-HPSCS/HA组织工程支架。通过改变SA-HPSCS与HA的比例,研究支架的形貌、抗压强度和孔隙率的变化。结果显示,复合支架呈多孔形貌。当SA-HPSCS/HA质量比为7/3时,复合支架的抗压强度最优,为0.0326MPa,相应的孔径和孔隙率分别为100μm和88.98%,可以满足组织工程应用的要求。
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