瓊脂糖醋酸酯的制備及性能研究

由于薄水可分解的聚吡咯材料能夠很好地保持原來的形狀（高孔率，不變形），因此它經常被用作組織的再生支架。目前,直接從天然高分子中獲得組織再生支架材料仍為首選,但在不經化學交聯或其他改性處理的情況下獲得高孔率支架材料仍然是一項挑戰性工作。當前以海洋動植物中獲取支架材料正成為生物醫學材料研究的活躍領域本文利用瓊脂糖分子上的羥基進行酯化改性,并對其產物進行結構表征和性能測試來判斷改性的有效性,同時通過蛋白吸附、細胞粘附來評價所制備材料的生物相容性。1實驗部分1.1反應溫度的影響按一定比例將冰醋酸加到瓊脂糖粉中,磁力攪拌瓊脂糖溶脹1h,再加入醋酸酐和催化劑硫酸于不同的溫度反應。反應結束后,用蒸餾水洗滌至上清液呈中性,冷凍干燥得到產物。以瓊脂糖醋酸酯的取代度(DS)為評價指標選取濃硫酸體積質量比乙酸酐用量(體積質量比)、溫度和時間為影響因素,進行3個水平正交實驗。1.2相對標準偏差的測定由化學滴定法測得瓊脂糖醋酸酯的取代度。分子量采用黏度法測試。配制瓊脂糖醋酸酯溶液成膜(DMSO為溶劑),選取平整的膜面用去離子水測定其接觸角(Tantec,美國Cam-Plus接觸角測定儀),取連續5次測量誤差在1.0°范圍內的數據取平均值,計算出相對標準偏差。樣品的紅外光譜采用EQUINOX-55型紅外光譜儀(BrukerCo,德國)測定,波數范圍4000cm1.3瓊脂糖醋酸酯纖維的制備配制一定濃度的瓊脂糖醋酸酯/DMSO溶液,脫泡2h。用注射器吸取原液,擠出后收集樣品,烘箱中干燥12h后即得瓊脂糖醋酸酯纖維。稱取一定質量的纖維試樣(m1.4旋轉涂膜的制備配制3%(g/mL)的瓊脂糖醋酸酯/DMSO溶液,于旋轉涂膜機上制膜,自然風干后在AFM(AutoprobeCPResearch,THERMO儀器公司,美國)的Tapping模式下測試。對圖像進行粗糙度分析。1.5吸附和保持吸附劑溶液準確稱取20mg的瓊脂糖和不同取代度的瓊脂糖醋酸酯進行白蛋白(BSA)吸附實驗和血紅蛋白(HB)吸附實驗。分別將20mLBSA和Hb標準溶液加入到樣品中,室溫置于搖床中振蕩24h。隨后取出1mL蛋白溶液,加入考馬斯亮藍溶液5mL。穩定5min后在595nm處測量吸收強度A1.6細胞粘附配制10%(g/mL)瓊脂糖醋酸酯/DMSO溶液,50℃烘干成膜,2結果與討論2.1瓊脂糖醋酸酯取代度的測定根據正交試驗結果確定最佳的反應條件為:乙酸酐的用量為8mL/g,催化劑濃硫酸的用量為0.13mL/g,反應時間為1.5h。30℃、40℃和50℃得到的瓊脂糖醋酸酯取代度分別為1.3、2.6和3.7。由Tab.1可看出,隨著溫度的升高,取代度提高,但分子量下降明顯,這表明在強酸環境下溫度越高,瓊脂糖降解速度越快因此反應溫度不能過高否則產物降解成小分子不利于加工成纖維。不同取代度的瓊脂糖醋酸酯的接觸角與瓊脂糖相比明顯發生了變化,隨著取代度的增加,結構單元上羥基減少,疏水性增強,接觸角變大。2.2紅外光譜分析Fig.1為瓊脂糖醋酸酯的IR吸收光譜。其主要譜峰歸屬如下:3448cm2.3樣品的g.2Fig.2為樣品的2.4浸泡吸濕性測定瓊脂糖醋酸酯的吸濕動力學曲線如Fig.3所示,纖維在蒸餾水中的吸濕過程是一個動態平衡的過程。這三條曲線的吸濕行為基本一致,均為浸泡初期吸濕率不斷增加,后期達到平衡。由曲線A、B和C比較看出,取代度為1.3的瓊脂糖醋酸酯纖維在0min～10min內吸濕率迅速增加,遠大于取代度為2.6和3.7的瓊脂糖醋酸酯,隨著取代度的增加,吸濕率逐漸減小。這是由于取代度越高,糖鏈上的羥基含量越少,親水性越差,越不容易吸水。由此表明瓊脂糖疏水化改性后,在水中不易溶脹、吸水,若成多孔材料,則孔洞在體液中可保持完好。2.5afm分析根據AFM圖,運用IP2.1軟件,定量比較了不同取代度的瓊脂糖醋酸酯表面的平均粗糙度R2.6瓊脂糖醋酸酯與其他蛋白的吸附性由Fig.6可以看出,在相同時間內,瓊脂糖對血紅蛋白的吸附量為40.92μg/mg,對白蛋白的吸附量為3.596μg/mg,約為白蛋白吸附量的11倍。隨著瓊脂糖醋酸酯取代度的增加,血紅蛋白的吸附量急劇減少,當取代度為3.7時,吸附量僅為瓊脂糖吸附量的1/8;與此相反,白蛋白的吸附量則逐步增加,當取代度為3.7時,吸附量增加至瓊脂糖吸附量的近5倍。取代度為3.7的瓊脂糖醋酸酯對這兩種蛋白的吸附恰好和瓊脂糖的情況截然相反,說明材料表面的親疏水性嚴重影響了血紅蛋白和白蛋白的吸附行為而白蛋白的吸附有利于細胞的粘附。由Fig.7看出,A膜(純瓊脂糖)幾乎不粘附細胞,大量的細胞死亡后團聚在一起,B、C與D膜上的細胞粘附數量依次增多。細胞在材料表面的粘附形態較好,呈梭形,說明材料對細胞無毒性作用。結果表明,盡管疏水性提高,但材料表面的粗糙結構以及對蛋白的吸附行為可以增強細胞的粘附和增殖。由此可見,生物材料性能以及表面的拓撲結構(表面粗糙度、溝槽的尺寸和取向等)對生物相容性影響很大。3維狀材料表面形態瓊脂糖經醋酸酐酯化后,