壳聚糖及其衍生物作为药物控释载体和支架材料的研究

【摘要】天然高分子壳聚糖(Chitosan)是自然界存储量仅次于纤维素的甲壳素(Chitin)的脱乙酰基产物。碱性多糖壳聚糖具有优良的物理化学性质,同时还具有良好的生物相容性、生物可降解性、抗菌凝血和促进伤口愈合等生物学性能,因此在农业、食品、药品、化妆品、生物技术等领域具备极大地应用潜力。在生物医用材料领域,壳聚糖可用作药物、蛋白质、基因载体,组织工程支架材料,伤口敷料和手术缝合线等,具有诱人的应用前景。然而,壳聚糖本身也存在一些问题,如壳聚糖只能溶于稀酸水溶液中,这在一定程度上限制了它的应用。通过在壳聚糖分子上引入特定功能的官能团,可以解决溶解性问题,同时还能赋予壳聚糖其他优良特性。在本文中,我们通过对壳聚糖功能化改性,制备了两种不同特性的壳聚糖衍生物；并以壳聚糖或其衍生物为主要材料,采用不同方法制备了壳聚糖基生物医用材料,包括水凝胶、多孔支架、复合材料和纳米纤维。具体工作和结论如下：1.采用常见的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)改性壳聚糖,制备了含有可聚合甲基丙烯酸酯基团的壳聚糖衍生物(CS-GMA),通过改变反应物配比可以控制产物取代度。X-射线衍射和热稳定性分析结果表明,改性产物为无定形态,热稳定性较壳聚糖有所下降。采用光聚合技术制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯改性壳聚糖/聚N-异丙基丙烯酰胺(CS-GMA/PNIPAAm)杂化聚合物网络(Hybridpolymernetwork,HPN)水凝胶,该水凝胶具有pH和温度双重敏感性。杂化水凝胶可以作为药物控释载体,研究结果表明,水凝胶组成、水凝胶基体与模型药物相互作用、环境等因素对释药性能均有重要影响。2.利用聚电解质复合作用和冷冻干燥技术制备了海藻酸盐-壳聚糖和海藻酸盐-壳聚糖/羟基磷灰石聚电解质复合支架材料,同时还制备了未交联海藻酸盐支架和传统钙离子交联的海藻酸盐支架,系统表征了几种多孔支架材料的性能,包括孔隙率、微观形貌、力学强度、表面元素和热稳定性等。结果表明,聚电解质复合支架材料与钙离子交联支架材料相比,具有更优异的力学性能和热稳定性。几种支架材料的孔隙率均在70%以上,可以达到多孔支架材料的使用要求。3.以水溶性壳聚糖衍生物壳寡糖(CSO)和甲基丙烯酸甲酯为主要原料,制备了壳寡糖/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料,该复合材料可以作为潜在的硬组织修复材料使用。制备了不同壳寡糖含量的复合材料,测定了复合材料的压缩模量、动态力学性能、热稳定性、结晶性等。壳寡糖可溶于水,复合材料在水环境中壳寡糖组分会逐步溶解析出,最终得到多孔聚甲基丙烯酸甲酯。采用扫描电镜观察多孔聚甲基丙烯酸甲酯断面相貌,材料呈现微米级贯通孔结构。对比壳寡糖析出前后复合材料压缩模量,壳寡糖溶解析出后,材料的压缩模量有明显下降。4.采用迈克尔加成反应制备了聚乙二醇改性壳聚糖(PEG-g-CS),通过调节原料配比可合成不同取代度和溶解性的改性产物,采用红外光谱(FT-IR)、氢核磁谱(1H-NMR)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TG)和粘度法表征了的改性产物的化学结构、结晶性、热稳定性和酶降解性质。利用静电纺丝技术制备了聚乙二醇改性壳聚糖/聚氧化乙烯(PEG-g-CS/PEO)共混电纺纳米纤维,研究了聚合物配比对于纤维形貌和结构的影响,同时研究了纳米纤维膜的耐水性、耐溶剂性和结晶性。结果表明,当共混聚合物纺丝溶液中聚乙二醇改性壳聚糖含量不高于80%时,可以得到连续的、表面光滑、直径分布均匀的纳米纤维。
【作者】韩婧；
【导师】聂俊；
【作者基本信息】北京化工大学，材料科学与工程，2011，博士
【关键词】壳聚糖；水凝胶；药物控释；支架材料；电纺丝；纳米纤维；

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