聚乙烯醇-水溶性壳聚糖水凝胶的辐射冻融制备及其生物医学应用研究
水凝胶由于含水量高、生物相容性好且与生物组织的机械性能相似而在生物医用领域有着广泛的应用，如用作接触透镜、组织工程材料、伤口敷料和药物载体等。目前各种方法制备的水凝胶仍然存在很多缺点，如辐射法制备的水凝胶机械强度较小，而冻融法制备的水凝胶溶胀度较小且通常情况下不透明度等。本论文工作尝试利用辐射法和冻融法相结合来制备水凝胶，以期改善水凝胶的这些性能，论文工作同时研究了新型水凝胶在伤口敷料和药物释放系统中的应用。
首先采用辐射法探索了聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)/水溶性壳聚糖(ws-chitosan)水凝胶的制备。研究了辐射剂量、ws-chitosan含量和添加剂(甘油和聚乙二醇)对水凝胶凝胶分数、溶胀性能、机械强度和非冻结结合水含量等相关物理性能的影响。
在此基础上尝试采用先辐射后冻融的方法制备水凝胶，并且与辐射法、冻融法和先冻融后辐射法制备的水凝胶进行比较。实验发现，先辐射后冻融法制备的水凝胶与冻融法和先冻融后辐射法相比，具有更高的透明度、溶胀度、机械强度和热稳定性，因此，其更适合用作伤口敷料。同时水凝胶内ws-chitosan的存在使凝胶具有pH敏感性，从而为水凝胶用于药物控制释放系统提供了可能。通过研究水凝胶的性能随聚合物组成(PVA和ws-chitosan含量、添加甘油和琼脂等)和制备条件(辐射剂量和冻融次数)的变化关系，得到制备水凝胶的最佳条件。
为了深入认识辐射冻融结合法制备水凝胶的机理，我们对水凝胶性能随制备方法的变化规律进行了系统的研究。实验发现，对于先辐射后冻融法来说，辐射形成的化学交联会阻碍冻融过程中物理交联的形成，且阻碍程度随辐射剂量的增大而增大。对于先冻融后辐射法来说，冻融过程中形成的物理交联也会阻碍辐射过程中化学交联的形成，且冻融次数越大，阻碍程度也越大：同时辐射还会破坏凝胶内的物理交联点。但是，无论辐照在前还是冻融在前，水凝胶的微观结构都主要由制备过程的第一阶段决定。此外，辐射冻融结合法制备的水凝胶的性能在低冻融次数时主要由化学交联决定，而在高冻融次数时主要由物理交联决定。
通过采用辐射和冻融相结合的手段制备出了含有辐射层和冻融辐射层的双层水凝胶。该双层水凝胶具有高的溶胀度和机械强度，并且两层之间有良好的结合稳定性，为其在伤口敷料领域的应用提供了基础。双层水凝胶的PVA和牛血清白蛋白(BSA)释放性能显示，释放量较大的凝胶层具有储备PVA和BSA的潜力，从而延长它们的释放时间，因此，该双层水凝胶有利于用作药物释放载体。
通过对水凝胶的体外细胞毒性和抗菌性能的研究，发现各种方法制备的含ws-chitosan的水凝胶均无细胞毒性但有抗菌性能，且抗菌能力随ws-chitosan含量的增大而增大。利用SD大鼠全皮层伤口模型研究了先辐射后冻融法制备的水凝胶的伤口愈合性能，发现该水凝胶能够加快伤口愈合，是一种良好的伤口敷料。
研究了水凝胶对PVA、BSA和云南白药的释放性能。实验发现，BSA和云南白药在水凝胶中的载入量主要受它们与凝胶内ws-chitosan相互作用的影响，但制备方法影响物质的释放速率。实验发现，冻融法制备的水凝胶的PVA释放速率最大，而辐射法的相对较小。凝胶内ws-chitosan的存在使药物的释放均具有pH和离子强度敏感性，但是引起pH和离子强度敏感性的因素各不相同。PVA的释放量与水凝胶在各释放介质中溶胀度的变化规律一致，而BSA的释放量则主要受BSA和ws-chitosan分子之间静电作用的影响，且这种静电作用随释放介质的不同而不同，云南白药的释放量主要受离子交换机制的影响。结果还显示，PVA、BSA和云南白药的释放过程主要受扩散过程控制，而先辐射后冻融法制备的PVA/ws-chitosan水凝胶尤其具有作为云南白药口服释放载体的潜力。
- 作者：
- 杨小敏
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 无机化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 朱智勇
- 中图分类号：
- R318.08
- 关键词：
- 聚乙烯醇；水溶性壳聚糖；辐射冻融结合法；双层水凝胶；伤口敷料；药物释放系统
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