静电纺海藻酸盐纳米纤维膜的制备和作为伤口敷料的应用研究

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在临床实践中随着糖尿病足溃疡、压疮、下肢静脉溃疡、烧伤等各类问题的持续高发,对慢性伤口的处理和治疗显得尤为重要。随着湿法愈合理论的逐步建立,基于该理论发展出的各类伤口敷料被广泛用于修复皮肤缺陷和诱导组织重建。其中海藻酸盐敷料由于具有良好的吸湿性,在慢性伤口护理中得到了广泛的临床应用。但是,传统的海藻酸盐敷料为湿纺丝法制备的钙交联的微米级纤维多孔膜,其纤维间孔隙大、纤维不连贯,导致其存在一些固有缺陷。针对此问题本论文采用静电纺丝技术制备海藻酸盐纳米纤维,主要使用二酰肼交联剂交联形成耐水的超小孔隙的多孔膜,改善海藻酸盐敷料的综合性能。具体研究内容和结果如下:第一部分,利用静电纺丝技术制备海藻酸盐纳米纤维膜,并与传统的海藻酸盐伤口敷料Kaltostat和Algisite M进行对比。结果表明,Kaltostat和Algisite M纤维直径分布在15μm左右,吸液能力仅为2.1和2.7 g/g。海藻酸盐纳米纤维(SA-Ca2+)纤维直径分布在250nm左右,其吸液能力更强,为5.4 g/g。Kaltostat和Algisite M的极限拉伸强度为0.28和0.40 MPa,相比之下SA-Ca2+纤维膜的极限拉伸强度提高至0.94 MPa。二者透气性相当,约为0.30 g/(cm2·24h)。可以看到静电纺技术对纤维吸液能力和拉伸强度带来的提升。己二酸二酰肼交联的氧化海藻酸盐纳米纤维(OSA-ADH)综合性能获得进一步提升。当OSA氧化度由10%上升至40%时,纤维直径由100 nm增加到400 nm,吸液能力最高可达27.4 g/g,极限拉伸强度可达1.7 MPa。相比前者而言OSA-ADH纤维膜的透气性介于0.200.25 g/(cm2·24h),更利于伤口维持适当的湿润环境。OSA-ADH纳米纤维在两周内可逐步降解,且对小鼠皮肤成纤维细胞无毒性。基于席夫碱反应交联的OSA-ADH纳米纤维膜是一种综合性能更优的伤口敷料。第二部分,研究了交联液酸碱度和交联剂烷基链长度对基于席夫碱反应交联的海藻酸盐纳米纤维膜性能的影响。第一小节结果表明,中性条件下(pH 7)己二酸二酰肼与海藻酸重复单元的反应比率为17%,酸性条件(pH 3)将反应比率提高到38%。pH 3纤维膜吸液能力为3.1 g/g,比前者高出1 g/g。pH 3纤维膜表面接触角为35.8°略高于pH 7纤维膜的15.7°,但二者都在0.5 s内完全浸润,交联液酸碱度对表面浸润性的影响较弱。酸性条件可以极大地提高交联效率,将海藻酸钠纳米纤维的完全降解时间由10天延长至21天以上。第二小节分别使用了草酰肼、马来酸二酰肼、己二酸二酰肼、十二烷二羧酸二酰肼四种交联剂制备海藻酸钠纳米纤维。随着交联剂烷基链的延长,交联纤维的吸液能力先降低后增高(分别为3.0、2.1、3.0和5.1 g/g)。烷基链较短的二酰肼交联的纤维膜接触角均小于35.8°,表面呈现亲水性;烷基链较长的二酰肼交联后的纤维膜接触角达到惊人的137.6°,表面呈现疏水性。纤维降解三周后的剩余质量由0%逐步提升至66%、56%和99%,烷基链的延长显著地提升了海藻酸钠纳米纤维的耐水性。总的来说,本论文成功制备了基于席夫碱反应交联的静电纺海藻酸钠纳米纤维膜,获得了相比于临床使用的海藻酸盐微米纤维膜和钙离子交联的海藻酸盐纳米纤维膜更加优异的综合性能;本论文进一步研究了交联液酸碱度和交联剂烷基链长度对纤维膜性能的影响,实现了对其表面浸润性和降解性能的调控。本工作对新型高性能海藻酸盐伤口敷料的开发具有借鉴和指导意义。
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