细菌纤维素增强弹性可降解生物材料开题报告

 2021-08-14 02:08

1. 研究目的与意义（文献综述）

①聚葵二酸甘油酯(poly(glycerol-co-sebacate)，pgs)是由两种单体——甘油和葵二酸等摩尔量聚合而成，是一种生物可降解的高分子聚合弹性体，由 yadong wang 等人于 2002 年报道，因其良好的体内相容性和生物降解能力，在生物医学工程中应用日趋广泛。

pgs支架的机械性能与机体软组织相似，依从性好，降解时以表面侵蚀的方式降解，不伴有膨胀或变形，周围组织炎症反应、纤维变性轻，与多种细胞相容性好。

基于 pgs良好的性能，主要应用于软组织替代和软组织工程，比如心肌、血管、神经、软骨、视网膜、鼓膜，另外也有用于药物转运载体、组织粘附材料的研究。

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2. 研究的基本内容与方案

实验的主要内容：
(一)合成PGS，PGS-co-PEG和细菌纤维素的复合材料。
(二)制备体外模拟体内环境试剂进行模拟实验。
(三)探究不同因素对于材料降解速率的影响。
技术方案：
1.PGS和PGS-co-PEG的制备方法：
①PGS：将丙三醇、癸二酸分别以1 : 1，1 : 2 摩尔比置于三颈瓶中，预聚过程，反
应物在120℃ 通氩气环境下反应24小时，然后真空，压强在5小时内由1torr将
至40mtorr；交联过程，预聚物置入40mtorr、120℃条件下48小时。这种方法需
要的条件（ 80℃, 5 Pa，反应时间24 h，真空等）过于苛刻，导致不能在体内
合成或联合温度敏感的分子，Nijst等人利用UV光聚合作用克服这一缺陷：以丙
烯酸盐对PGS进行化学修饰合成PGSA，在DMPA存在下光聚合作用可在常温环境
下迅速进行。
②PGS-co-PEG：将PEG在真空封闭条件下加热，然后与葵二酸反应，反应条件为
通氩气130℃，2小时，然后真空下50mtorr24小时。最后加入一定比例的甘油进
行混合，反应条件跟前面一样。
2.在水环境中将细菌纤维素变成纳米微晶细菌纤维素(BCNC)。
原因：纳米微晶纤维素(CNC)没有非纤维素成分和无定形区，它是直径为10～30nm,
长为100～300nm的棒状纤维结晶。较普通纤维素，它有更高的比表面积、结晶度，

特有的光学性能和极强的力学性能。下面介绍两种方法：

① 将纤维素先剪成2*2cm的小片段，然后放入含有10%的NaOH水溶液中煮一段时

间（除去残留其上的杂物）。接着在蒸馏水中洗涤直到PH=7，将呈中性的小片
段放入搅拌机中搅拌。一部分的凝胶状物质被压缩除去水分干燥，另一部分冻
干并磨成粉末。两种材料再用30ml96%的硫酸处理，纤维素/酸大约为8~10g/L,
在50℃环境下混合一段时间，然后在12500rpm，15℃下洗涤离心20min，这样
就得到白色尘点状的纤维素纳米晶须。
② 第一步跟方法①一样剪成小块，将小块纤维素浸泡在NaClO溶液中，在室温下
设定浸泡时间0~25h，得到产物，用蒸馏水冲洗后过滤得到样品，进行编号
F1`F5，未处理的原纤维素编号为F0，对应0h.
在4℃下10g纤维素样品放到190g的6%NaOH/4%尿素溶液（wt)中，混合搅拌
5min得到泥浆，将泥浆放在-5℃放置5h，然后在0`4℃下解冻并进行间歇式搅
拌，得到清澈透明的溶液。接着在8000rpm转速下离心30min，除去杂物得到
聚合物浓度为4~5%的溶液。将溶液倒入玻璃盘中，大约0.2~0.3mm厚度，然后
立即加入2M醋酸或2%硫酸进行凝固，厚度控制在0.3mm内，最后得到透明的
薄膜，用自来水冲洗后在空气中晾干。用2M醋酸凝固的编号为RC-A0，RC-A1……
RC-A5，用硫酸凝固的编号为RC-S0，RC-S1……RC-S5。
3.性能测试（借鉴PGS与左旋聚乳酸(PLLA)共聚物测性）：
①凝胶渗透色谱（GPC）分析：将试样溶于溶剂四氢呋喃，去掉不溶物，剩余物质用
凝胶渗透色谱仪进行分析。
②傅里叶红外光谱（FTIR)分析： 将1mg样品研磨均匀，应用压片机制成几乎透明
的圆片,使用傅里叶变换红外光谱仪进行分析。
③亲水性能：试样厚为1 mm，使用接触角测量仪测量在空气中试样表面的静态水接
触角。
④降解性能： 在37 ℃下，将PGS（1 : 1）和PGS（1 : 2）各 4 组分别称重并将
其溶于磷酸盐缓冲液（PBS），每36 h换一次液体，每隔5d 取出放置于真空干燥
箱中至质量恒定，称重并计算其质量损失率。
⑤力学性能： 用电子拉力机对厚 1 mm，宽 2 mm 哑铃形试样进行测试，拉伸速度
为 10 mm / min，拉伸前施加0.5 N 的预压力。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献和资料，确定实验思路和技术方案；

第3周：完成开题报告，准备实验；

第4-5周：完成合成pgs，pgs-co-peg和细菌纤维素材料的复合材料的制造；

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4. 参考文献（12篇以上）

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2. zhou l, he h, jiang c, he s, preparation and characterization of poly(glycerol sebacate)/cellulose nanocrystals elastomeric composites, journal of applied polymer science, 2015, 132(27).
3. patel a, gaharwar a k, iviglia g, zhang h b, mukundan s, mihaila s m,demarchi, d. khademhosseini, a. highly elastomeric poly(glycerol sebacate)-co-poly(ethylene glycol) amphiphilic block copolymers, biomaterials, 2013,34(16):3970-3983.
4. rajwade j m, paknikar, k m, kumbhar j.v，applications of bacterial cellulose and its composites in biomedicine, applied microbiology and biotechnology, 2015, 99 (6): 2491-2511.
5. 蔡志江，樊亚男，钱晓明，细菌纤维素增强聚羟基丁酸酯复合材料的制备及性能，高分子材料科学与工程，2013，29（12）。

6. 王勇慧，刘鹏涛，刘忠，细菌纤维素的应用进展，材料导报，2015，29（3）。

7. liu xiao-ji1 ，li wen-bo1 ，zhang shu-jiang2 ，bao guang-jie3 ，kang hong synthesis and electrospun scaffolds preparation of poly（glycerol sebacate） 2014,3.
8. lin hui-chun, xiong jin-sheng, liu qing, yuan liang-liang, liang peng
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9.masoumi n，johnson k l，howell m c，et al. valvular interstitial cell seeded poly（glycerol sebacate）scaffolds:toward a biomimetic in vitro model for heart valve tissue engineering.acta biomater，2013，9（4）：5974-5988.

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