絲素蛋白-聚氨酯水凝膠的制備、表征及性能研究.pdf

1、近年來，絲素蛋白作為一種天然高聚物，有著低生物降解性、優(yōu)良的機(jī)械性能和可加工性能，同時具有良好的生物相容性，因此在各個領(lǐng)域尤其是醫(yī)學(xué)方面引起了人們的研究興趣。聚氨酯因?yàn)橛兄愃频鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)，因此被認(rèn)為是一種可以替代天然材料逐漸在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用。聚氨酯基水凝膠因?yàn)橥瑫r具有水凝膠的優(yōu)異生物相容性和聚氨酯材料在性能方面的廣泛可調(diào)性，一直受到研究人員的青睞，希望制備出合適的生物醫(yī)學(xué)材料?，F(xiàn)有水凝膠材料往往有著pH響應(yīng)性慢和機(jī)械強(qiáng)度差

2、等缺陷，為了使水凝膠具有較好的pH刺激響應(yīng)性和優(yōu)良的機(jī)械性能，能夠應(yīng)用在載藥釋藥領(lǐng)域，本論文制備了絲素蛋白/聚氨酯(SF/PU)水凝膠，研究了水凝膠的吸水溶脹動力學(xué)行為，并對其載藥釋藥性能進(jìn)行了探討，為SF/PU水凝膠在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 本論文首先以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG，Mn=2000)、聚氧化丙烯二醇(PPG，Mn=2000)等作為主要原料；2，2-二羥甲基丙酸(DMPA)作為親

3、水?dāng)U鏈劑；一縮二乙二醇(DEG)作為擴(kuò)鏈劑合成了一系列NCO封端的聚氨酯(PU)預(yù)聚體，經(jīng)過三乙胺(TEA)成鹽后與自制的絲素蛋白(SF)水溶液混合進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，制備出絲素蛋白/聚氨酯(SF/PU)水凝膠。采用傅里葉變換紅外(FT-IR)、差熱掃描量熱儀(DSC)、掃描電鏡(SEM)等測試手段探討了SF/PU水凝膠的制備工藝、表征了結(jié)構(gòu)和微觀形貌并且研究了結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。結(jié)果顯示，制備出的SF/PU水凝膠符合預(yù)期結(jié)構(gòu)，且兩種組分的相容

4、性較好，PEG用量的提高使得玻璃化溫度向低溫區(qū)移動。采用傳統(tǒng)稱重法，分析了PEG/PPG組分比例、DMPA含量以及SF/PU組分比例對平衡溶脹含水量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)DMPA用量逐漸提高時，制備的SF/PU水凝膠兩組分的相容性較好，且平衡溶脹含水量顯著提高；隨著組分比例PEG/PPG的增大和SF/PU的減小，水凝膠的平衡溶脹含水量增加。
　　 在探討了SF/PU水凝膠制備工藝、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，選用IPDI、PEG-20

5、00和PPG-2000為主要原料合成了一系列NCO封端的聚氨酯預(yù)聚體，然后將其成鹽后與SF水溶液混合進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得到具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的絲素蛋白/聚氨酯(SF/PU)水凝膠。通過紅外全反射(ATR)、SEM等測試表征了結(jié)構(gòu)、微觀形貌及多孔結(jié)構(gòu)。通過測試水凝膠在不同環(huán)境條件下的吸水溶脹比和平衡溶脹含水量，分析了水凝膠的溶脹動力學(xué)機(jī)理。結(jié)果表明，SF/PU水凝膠具有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，孔徑分布在10μm左右。水凝膠吸水溶脹行為分析表明，制備

6、的水凝膠有著良好的pH響應(yīng)性，堿性介質(zhì)中的平衡溶脹含水量遠(yuǎn)大于酸性介質(zhì)中，在pH＜7的介質(zhì)中，吸水溶脹比變化不大，在pH＞7的介質(zhì)中，吸水溶脹比隨pH值增大迅速增大。當(dāng)DMPA含量逐漸增大時，水凝膠的平衡溶脹含水量逐漸增大；然而當(dāng)SF/PU組分比例轉(zhuǎn)增大時，水凝膠的平衡溶脹含水量逐漸減小。隨著溫度升高，SF/PU水凝膠的平衡溶脹含水量下降，水凝膠在20℃與50℃之間的溶脹-退脹可逆性較好。通過分光光度計法測試了SF/PU水凝膠對氯霉素、

7、環(huán)丙沙星的載藥釋藥行為，結(jié)果表明氯霉素和環(huán)丙沙星水凝膠在24h后釋藥率都在80％以上。水凝膠對大腸桿菌抑菌實(shí)驗(yàn)照片證實(shí)了SF/PU水凝膠具有良好的載藥釋藥性能。
　　 論文最后采用2，2-二羥甲基丙酸(DMPA)和N-甲基二乙醇胺(MEDA)分別作為陰、陽離子型擴(kuò)鏈劑，在聚氨酯(PU)預(yù)聚體結(jié)構(gòu)上先后引入兩種離子型的親水基團(tuán)，經(jīng)過三乙胺(TEA)中和后與絲素蛋白(SF)水溶液混合交聯(lián)，得到SF/PU兩性水凝膠。通過ATR、SEM

8、表征了結(jié)構(gòu)、微觀形貌及多孔結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，制備出的SF/PU兩性水凝膠具有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，孔徑分布在15μm左右。通過測試在不同條件下的吸水溶脹比和平衡溶脹含水量，分析了兩性水凝膠的溶脹動力學(xué)機(jī)理。制備出的SF/PU兩性水凝膠表現(xiàn)出良好的pH響應(yīng)性，在pH值為1-4和8-13介質(zhì)中平衡溶脹含水量均大于pH值為5-7的；且MDEA用量多的在酸性介質(zhì)中顯示出更高的吸水溶脹比，而DMPA用量多的在堿性介質(zhì)中有著更高的吸水溶脹比。兩性SF/PU

9、水凝膠在pH值為2和12介質(zhì)中平衡溶脹含水量都大于pH值為7。吸水溶脹動力學(xué)分析表明，兩性SF/PU水凝膠在pH值為2和12介質(zhì)中的吸水溶脹過程遵循鏈段松弛機(jī)理，在pH值為7的介質(zhì)中遵循Fickian擴(kuò)散機(jī)理。兩性水凝膠的吸水溶脹比與SF/PU比例有關(guān)，當(dāng)比例50/50時吸水溶脹比最大值為198％，而SF/PU為65/35下降為136％。隨著SF/PU比例的增大，水凝膠達(dá)到吸水溶脹平衡的時間逐漸縮短。通過萬能實(shí)驗(yàn)拉力機(jī)測試了兩性水凝膠的