摘要
海洋贻贝通过足丝可以在液体环境下粘附到多种材料表面，足丝主要成分是富含邻苯二酚结构的粘附蛋白，研究表明邻苯二酚基团在贻贝粘附蛋白的交联、粘附过程中发挥着重要作用。自然界提取的或重组表达的贻贝蛋白具有贻贝足丝的粘附性能，但是其制备工艺比较复杂，产量低、成本高、有生物排斥风险，故应用受到限制。利用化学方法将发挥粘附作用的基团修饰到聚合物主链上，制备粘附材料，可以简化工艺，节约成本。羟丙基壳聚糖安全无毒、且具有良好的抑菌性、生物相容性和生物降解性，广泛应用于抗菌、伤口敷料、组织工程等领域。目前用该材料为基材制备的仿贻贝粘附性水凝胶尚未见报道，所以本论文在羟丙基壳聚糖分子结构上接枝邻苯二酚基团，使用氧化交联和双交联的方法制备仿贻贝粘附性水凝胶，并对其性能进行表征，探究基于羟丙基壳聚糖制备仿贻贝水凝胶的可行性。内容如下： 一、羟丙基壳聚糖（HPCS）、羟丙基壳聚糖-邻苯二酚(HPCS-PCA)的制备 壳聚糖与环氧丙烷在碱性条件下发生醚化反应制备了水溶性羟丙基壳聚糖，并与3， 4-二羟基苯甲酸通过EDC/NHS偶联反应制备羟丙基壳聚糖-邻苯二酚。利用红外光谱进行结构表征，显示 3，4-二羟基苯甲酸接枝成功，并通过紫外分光光度计测得羟丙基壳聚糖-邻苯二酚（HPCS-PCA）取代度为15.1%。 二、高碘酸钠氧化交联仿贻贝水凝胶的制备及性能评价 以 NaIO4为氧化剂氧化羟丙基壳聚糖-邻苯二酚制备了氧化交联仿贻贝水凝胶，成扫描电镜观察各凝胶样品内部呈现相互贯穿且不规则的孔洞结构，从几十微米到几百微米不等。水凝胶流变学结果显示，储能模量远大于耗能模量，显示凝胶形成。 三、双交联仿贻贝水凝胶的制备及性能评价 仿贻贝水凝胶与基材之间的粘附强度不仅与邻苯二酚的浓度有关，还与自身的内聚力有关。一般氧化交联仿贻贝水凝胶存在内聚力不佳、粘附强度不足等问题。为了提高氧化交联水凝胶内聚力和粘附强度，引入共价交联聚合物透明质酸，制备双交联仿贻贝水凝胶。HCONa-2、HCONa-3、HCONa-4双交联仿贻贝水凝胶的成胶时间分别为90-75秒、70-55秒、60-45秒。粘附强度结果显示，HCONa-4双交联仿贻贝水凝胶粘附强度为 33.94 kPa，与氧化交联仿贻贝水凝胶粘附强度相比明显增加。扫描电镜观察各凝胶样品内部呈现相互贯穿且不规则的孔洞结构，从几十微米到几百微米不等。双交联水凝胶流变学结果显示，HCONa-2、HCONa-3、HCONa-4双交联水凝胶的储能模量依次为489 pa、787 pa、1032 pa，氧化交联仿贻贝水凝胶的储能模量 283 pa，双交联仿贻贝水凝胶机械强度明显提高。溶胀结果显示，在 pH = 2 的溶胀介质中，随 HPCS-PCA/OHA 浓度增加，水凝胶溶胀率增加，HCONa-4 溶胀率达到最大为 136.54±0.22%；在 pH = 5.0 和pH = 7.4 的溶胀介质中，随 HPCS-PCA/OHA 浓度增加，水凝胶溶胀率减小；同一种水凝胶在酸性环境中的溶胀率高于中性环境。双交联仿贻贝水凝胶体外降解结果显示，随着 HPCS-PCA/OHA 浓度增加，水凝胶的降解速率逐渐放缓 HCONa-2＞HCONa-3＞HCONa-4，同一种水凝胶在酸性环境降解速率快于中性环境。双交联仿贻贝载 BSA水凝胶体外释放结果显示，在pH为7.4、5.0、2.0的释放介质中，96小时最大累积释放量依次为80.62±1.06%、82.42±0.21%、97.61±1.12%，酸性条件释放较快。抑菌性结果显示双交联仿贻贝水凝胶对白葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径大小为 15.6±1.1 mm、14.6±1.8 mm，壳聚糖对白葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径大小为 10.5±1.5 mm、10.0±2.0 mm，双交联水凝胶的抑菌效果优于壳聚糖。细胞相容性实验结果显示， HCONa-2、HCONa-3、HCONa-4 双交联仿贻贝水凝胶浸提液中 24 h、60 h，NIH3T3细胞增殖率均超过了80%，细胞毒性I级，证明其对细胞无毒性。 综上所述，本研究模仿贻贝粘附作用，制备了氧化交联和双交联仿贻贝水凝胶。双交联仿贻贝水凝胶的粘附强度更高，并且具有良好的溶胀性、降解性、药物缓释性能、以及抑菌性和生物相容性，将来在生物医学材料领域应用具有较大的潜力。
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