静电纺径向取向纳米纤维水凝胶敷料的制备与应用

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慢性伤口发病率高,病程长,且会给患者带来沉重的经济负担,是目前临床治疗的难点。近年来随着研发人员对慢性创面愈合研究的深入,新型多功能敷料材料的研发备受关注。在各类先进敷料材料中,静电纺纳米纤维因其具备比表面积高,孔隙率高,孔径尺寸小,细胞外基质(ECM)仿形好等优点成为新型敷料开发的热点。此外,水凝胶敷料材料也引起了科研人员的强烈兴趣,其具备优异的吸液能力,不仅可以为伤口愈合提供湿润的微环境,而且可有效解决传统敷料易与伤口黏连的问题。本课题将静电纺丝技术与光交联水凝胶成型技术相结合,设计并制备了新型多功能药物复合静电纺径向取向纳米纤维水凝胶敷料材料,并探讨了其对糖尿病慢性创面的促愈能力与作用。(1)首先,对商用明胶(Gel)进行改性,制备了甲基丙烯酸化明胶(MeGel),探究了不同浓度MeGel溶液的光交联成胶性。结果表明,随MeGel含量的提高,水凝胶的压缩力学性能增强,但溶胀以及降解性能变差。在此基础上,进一步探索了MeGel聚合物的可纺性,结果显示,随着MeGel含量的增加,所得静电纺纳米纤维的直径呈现增大的趋势,并且所有MeGel纳纤膜的力学性能均较差。为了改善MeGel静电纺纳纤膜的性能,我们在纺丝过程中添加了聚左旋乳酸(PLLA),并探索了不同MeGel/PLLA混纺比对所得纳纤膜各项性能的影响。结果表明,随PLLA含量的增加,纳纤膜的力学性能得到增强,生物相容性、溶胀性能以及降解性能均下降,除纯PLLA静电纺丝膜外,添加MeGel组分的静电纺丝膜均具有优异的亲水性能。综合各项性能,最终确定MeGel/PLLA混纺比1:1为后续试验的参数。(2)然后,设计研发了一种新型静电纺丝装置,对传统静电纺纳纤膜的结构进行创新改进。选取MeGel/PLLA混纺比为1:1的混合溶液加工了径向取向的纳纤膜,并采用传统电纺装置分别加工了无规排列以及单向取向排列的纳纤膜作为对照组,探索了纳纤膜结构对膜吸水性能、力学性能、降解性能以及生物相容性的影响。结果表明,不同结构纳纤膜在纤维直径、吸水性能、降解性能以及透气性能等方面无明显差异,但是力学性能差异显著。重要的是,相比无规排列和单向取向结构,径向取向的纳纤膜具备独特的细胞引导的功能,能够显著促进细胞的迁移以及增强,且对小鼠急性创面有更显著的促愈功效。(3)最后,为了应对慢性创面的复杂病理学微环境,以MeGel/PLLA径向取向纳纤膜为基底增强以及结构引导材料,将搭载丹参-葛根复方提取物的MeGel水凝胶与其进行复合,最终制备了一款新型药物复合径向取向纳米纤维水凝胶敷料材料,并进一步研究了不同载药量对该敷料各项性能的影响以及对糖尿病慢性创面的修复情况。结果表明,载药对复合敷料的力学、溶胀以及生物相容性无显著影响,但在抗菌、抑炎、促进血管再生、促愈合等方面有显著的提升作用。此外,所有复合敷料均表现出了优异的止血性能。载药复合敷料能显著促进糖尿病慢性创面的愈合,经过18天的治疗创面愈合率达到97.4±2.8%,且再生组织中具有大量毛囊以及新生血管。本文充分证明了载药复合静电纺径向取向纳米纤维水凝胶敷料的可行性和有效性,为应对慢性创面治疗的新型敷料的设计与研发提供了新的思路和理论依据。
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