巯基透明质酸/丝素双网络水凝胶的研究及其在皮肤修复中的应用

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皮肤是人体最大的器官,是人体抵御外界病原体的第一道屏障。但是,皮肤损伤一直是困扰人类的一大难题,皮肤损伤可能会造成机体免疫失调,严重时甚至会危及生命。为了加速创口的愈合、减小病变的产生几率,在创伤部位创造一个湿润的、可吸收多余渗出液并能抑制病菌增殖的局部环境,在保护创伤部位的同时加速创伤修复,无疑是十分必要。最近十几年,水凝胶型皮肤修复材料受到了许多研究者的关注。水凝胶本身的高含水量使其可以给予创伤部位一个湿润的局部环境,同时水凝胶还可以有效地包载药物和并控制药物的释放,这些都有利于促进创伤部位的愈合。此外,还可以赋予水凝胶型皮肤修复材料特定的功能特性,如p H敏感性能、抗菌性能和高粘合性能,这使其在应用于不同类型的创口时可以具有更强的针对性。本论文以巯基透明质酸、丝素和介孔生物玻璃纳米粒为原料制备了具有抗菌性能的双网络水凝胶,并证明了其在皮肤修复领域的应用潜力。具体研究内容如下:首先,完成了相关材料的合成。(1)诱导半胱胺的氨基和透明质酸的羧基间发生酰胺反应,通过调节透明质酸和半胱胺的摩尔比合成了具有不同巯基取代率的巯基透明质酸。通过核磁共振波谱和红外吸收光谱对合成的巯基透明质酸进行了表征,证明半胱胺被成功地修饰到透明质酸骨架上,同时通过对核磁氢谱上对应吸收峰的积分及计算,确定了巯基取代率。(2)调节溶剂体系中乙醇与乙醚的比例,制备具有不同形貌和结构的介孔生物玻璃纳米粒,并通过透射电镜、扫描电镜和粒度仪等对其形貌与结构进行了表征,结果表明当乙醇与乙醚的比例为1:1时,所合成的纳米粒具有较好的分散性和相对更高的比表面积和孔容积。随后,将其应用于庆大霉素的负载与释放,实验表明,所制备的介孔生物玻璃纳米粒对庆大霉素有较好的负载效果,载药量可达到8%左右,但是在药物释放的过程中存在明显的突释效应。(3)使用溴化锂溶液溶解丝素纤维,经透析与浓缩得到了丝素水溶液。其次,通过将丝素水溶液与巯基透明质酸混合,并以辣根过氧化物酶作为催化剂制备了巯基透明质酸/丝素双网络水凝胶,测定了该水凝胶完成凝胶化所需的时间以及其弹性模量、粘性模量、应力-应变曲线等流变学性质。通过与丝素水凝胶和巯基透明质酸水凝胶这两种单网络水凝胶的对比,证明了双网络的形成极大地提升了水凝胶的机械强度。同时,通过优化巯基透明质酸和丝素的浓度及比例,获得了具有较为合适的成胶时间和较好的机械强度的双网络水凝胶。在此基础上,将介孔生物玻璃纳米粒引入到双网络水凝胶体系中,相关实验结果表明纳米粒的引入一定程度上延长了该双网络水凝胶的成胶时间,这使得该水凝胶具有更适合于临床使用的成胶时间,但与此同时也导致了水凝胶的机械强度出现了一定的下降。在这之后,将载药的介孔生物玻璃纳米粒与预制的双网络水凝胶溶液混合制备了载药水凝胶,通过释放实验证明了该水凝胶体系对庆大霉素具有很好的控释作用。最后,将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌与该载药水凝胶共培养,采用涂布平板计数法表征其抗菌性能,实验结果表明该载药水凝胶对两种细菌的生长具有明显的抑制作用,证明其具有良好的抗菌性能。另一方面,将小鼠成纤维细胞(L929)和人脐静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)分别与水凝胶进行共培养,利用cck-8法和活死染色法对细胞增殖和细胞活性进行检测。这两项实验的检测结果显示两种细胞与水凝胶共培养时均可以大量增殖,表明该水凝胶没有细胞毒性;同时,增殖实验的结果还表明:掺杂了介孔生物玻璃纳米粒的复合水凝胶对L929细胞的增殖有显著地促进作用。这些结果证实了巯基透明质酸/丝素/介孔生物玻璃纳米粒水凝胶在皮肤修复领域的潜在应用价值。
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