磺化壳聚糖改性硅基材制备生物功能材料

【摘要】磺化多糖或多糖硫酸酯化物质广泛存在于生物体内，它们担负着细胞与组织结构组成以及细胞生长和血液抗凝状态调节的功能。人体中的磺化多糖主要包括肝素和类肝素等物质，其中，肝素的作用最为显著。研究表明，肝素生物学活性的实现是由其特异的蛋白质结合活性造成的。肝素可以和抗凝血酶、生长因子以及溶菌酶等产生较强的相互作用，并进而影响这些蛋白质的生物学功能，因此肝素在生物医学领域具有很大的应用价值。然而,肝素结构复杂，且不同来源的肝素生物活性存在较大的差异，研究表明利用结构简单的壳聚糖，通过定位磺化修饰作用制备类肝素衍生物可以达到类似肝素的多种稳定的生物活性和功能，如抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗凝血、抗细菌等，它们在生物医药等领域中有着广泛的应用。通过表面接枝的手段将定位磺化壳聚糖修饰到材料表面，可赋予材料独特的生物活性和功能。由于3,6-O-磺化壳聚糖(36S)和6-O-磺化壳聚糖(6S)对溶菌酶具有良好的特异性结合能力，因此，我们提出将36S和6S接枝到硅基材表面，通过它们特殊的生物学活性，制备具有独特性质的生物功能材料。具体内容如下：1.利用氯磺酸途径合成制备定位磺化壳聚糖，选取对硝基苯酚氯甲酯(NPC)方法将其接枝到材料表面，通过调节反应体系的pH值、磺化壳聚糖溶液的浓度以及反应时间和温度，研究了材料表面的浸润性及表面电荷的状态。结果表明，在磷酸盐缓冲液(PB，pH=5.7)中，磺化壳聚糖溶液浓度为1.0mg/ml时，30℃反应24h可得到改性效果较好的硅基材表面。2.通过NPC的方法，成功在Si表面接枝修饰36S，制备了一种可重复利用的抗菌材料。该表面由于Si-36S对溶菌酶(Lyz)的特异性结合作用，且保持Lyz的水解活性，因此可实现高效的抗菌作用。同时，在高浓度盐溶液的处理下，Si-36S与Lyz复合物可发生解离，因此，通过4.0MNaCl溶液清洗能使材料表面活性再生，达到其抗菌性能的可循环性。3.通过氢氟酸化学腐蚀的方法在Si片表面制备具有纳米线簇的硅纳米线阵列(SiNWAs)表面，再在其表面接枝修饰定位磺化壳聚糖6S，制备了一种具有多种功能的生物材料。即首先纳米材料比表面积大，增加了表面对Lyz蛋白的结合量及活性，大大的提高了材料的抗菌性能；其次这种改性材料具有良好的生物相容性，不论是L929细胞还是Hela细胞，都能很好地在其表面黏附和生长；另外，利用SiNWAs的物理穿刺效应及6S与DNA-PEI复合物的结合性质，达到对基因的高效负载和释放，提高了细胞（Hela、stemcell）的基因转染效率。总之，本论文以磺化壳聚糖改性为基础，对硅基材进行表面改性，设计制备了具有生物功能的硅基材表面。这种改性表面既具备优良的抗菌性能，且可回收重复利用，从而得到一种可重复利用的抗菌材料。将磺化壳聚糖与纳米材料相结合，可得到一种高效抗菌功能及生物相容性良好且促进基因转染效率的多功能纳米材料。采用多种分析表征测试研究改性材料的性能及生物功能。本论文的工作能够为设计新型生物功能材料提供实验依据和理论指导。
【作者】谭敏；
【导师】袁琳；
【作者基本信息】苏州大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】定位磺化壳聚糖；硅表面改性；抗菌材料；多功能生物材料；

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