PVA_殼聚糖_淀粉水凝膠的制備和性能

1、文章編號:1003-1251(200704-0019-03PVA /殼聚糖/淀粉水凝膠的制備和性能尤春,張振方,童昕(沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧沈陽110168摘要:采用反復(fù)冷凍-解凍法制備了一系列的P VA /殼聚糖/淀粉水凝膠.測試了共混膜的力學(xué)性能、脫水率和溶脹度.結(jié)果表明:殼聚糖含量為217%的水凝膠具有最大的斷裂延伸率,拉伸強度也較高.淀粉和殼聚糖的加入,改變了復(fù)合水凝膠的脫水率和溶脹度.關(guān)鍵詞:組織工程;水凝膠;溶脹度;力學(xué)性能中圖分類號:0631121文獻(xiàn)標(biāo)識碼:APrepara ti on and Properti es of PVA /Ch itos an /St

2、artch HydrogelY OU Chun,ZHANG Zhen 2fang,T ONG Xin(Shenyang L igong University,Shenyang 110168,China Abstract:D ifferent contents of P VA /Chit osan /startch hydr ogels are p repared by the repeated freezing -tha wing method .The mechanical p r operties,dehydrati on rati o and s welling rati o are d

3、eter m ined .It shows that the hydr ogel with the chit osan contents of 217%has the lagest fracture el ongati on and larger tensile strengh .I ntr oducti on of starch and Chit osan changes the dehydrati on rati o and s welling rati o of the composite hydr ogels .Key words:tissue engineering;hydr oge

4、l;s welling rati o;mechanical p r operties收稿日期:2006-09-04作者簡介:尤春(1981,男,遼寧錦州人,碩士研究生1隨著材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展,越來越多的高分子材料應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域.組織工程學(xué)是一門新興的學(xué)科,它是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、工程學(xué)原理和方法,來研究和制備能夠恢復(fù)或改善受損組織和器官的形態(tài)和功能的替代品,以達(dá)到修復(fù)重建的目的13.組織工程學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一是制備具有生物相容性和一定力學(xué)性能且可降解吸收的細(xì)胞支架.作為組織工程細(xì)胞支架的一大類材料是水凝膠4.聚乙烯醇(P VA 是一種常見的水溶性高分子之一,其分子主鏈為碳鏈,每一個重復(fù)單元上含

5、有一個羥基,由于羥基尺寸小,極性強,容易形成氫鍵,因此P VA 具有良好的水溶性、成膜性.P VA 水凝膠由于其含水量高,毒性低,生物相容性好,易于加工等特點,逐漸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域5.但是,P VA 水凝膠的脫水率和溶脹度不能滿足某些支架材料的需要.因此,添加一定的天然的高分子物質(zhì)來改變其脫水率、溶脹度以及一些其它生物性能是組織工程領(lǐng)域的一個新熱點6,7.本文將天然的殼聚糖、淀粉與人工合成的P VA 結(jié)合起來,希望保持P VA 的良好力學(xué)性能,同時改變P VA 的一些其它性能,如脫水率和溶脹度等,以適應(yīng)組織工程領(lǐng)域的一些應(yīng)用.2007年8月沈陽理工大學(xué)學(xué)報Vol.26No .4第26卷

6、第4期TRANS ACTI O NS OFSHE NY ANG L I G ONG UN I V ERSI TYAug .271實驗部分1.1試劑及儀器試劑:聚乙烯醇:DP1750±50,醇解度99%,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;可溶性淀粉(SST:分析純,天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司;殼聚糖(Chi2 t osan:脫乙酰度:9010%,上海伯奧生物科技有限公司;Na OH等.儀器:T HD22015低溫恒溫槽,永磁直流攪拌機,DZT W調(diào)溫電熱套,電子恒溫水浴鍋,電子天平,RGT-10微機控制電子萬能實驗機,四川瑞格爾儀器有限公司.1.2實驗方法首先用電子天平精確稱量一定質(zhì)量的P VA

7、顆粒,放入三口瓶中,并加入一定體積的蒸餾水作為溶劑.加熱85,攪拌速率150r/m in,加熱時間115h左右,使P VA顆粒充分溶解,配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的P VA水溶液.再加入一定比例淀粉(始終保持m(P VAm(淀粉=51進(jìn)行共混,繼續(xù)加熱,攪拌速率不變,加熱時間015h左右,待淀粉全部溶化后,與3%的殼聚糖醋酸溶液共混, P VA/淀粉水溶液與殼聚糖醋酸溶液的質(zhì)量比為31,然后繼續(xù)加熱、攪拌,直到溶液成透明液體時,停止加熱、攪拌,40保溫一定時間,去除氣泡.然后將其倒入鋁制模板上,壓緊、密封,放入低溫恒溫槽中,進(jìn)行冷凍-解凍工藝.工藝流程:室溫降到-20,保溫1h,然后再升溫到室溫,保

8、溫10h,如此反復(fù)進(jìn)行六個循環(huán).這樣可以制備出殼聚糖占固相含量為717%的復(fù)合水凝膠.如上通過改變P VA/淀粉水溶液與殼聚糖醋酸溶液的質(zhì)量比可以制備出殼聚糖含量為4%、217%的復(fù)合水凝膠,同時制備了10%的純P VA水凝膠與其進(jìn)行比較.將水凝膠試樣按照殼聚糖含量由少至多編號為A、B、C、D.對水凝膠膜在室溫下(25自然脫水干燥并測定其脫水率,將干燥后的試樣放入37的蒸餾水中進(jìn)行二次溶脹試驗,測量溶脹度.脫水率計算公式:(m-mt/(m-md×100%,溶脹度計算公式:(mt-md/md×100%,其中m為初始凝膠質(zhì)量,mt為t時刻凝膠質(zhì)量,md為干凝膠質(zhì)量.采用微機控制

9、電子萬能實驗機進(jìn)行拉伸實驗,實驗溫度9,濕度80%,拉伸速率20mm/ m in.將試樣裁成啞鈴型(標(biāo)長30mm,寬4mm,厚1mm,每種配比取5個試樣,取其平均值.2結(jié)果與討論2.1脫水率和溶脹度隨時間變化關(guān)系圖1為P VA/CS/淀粉水凝膠的脫水率與時間關(guān)系曲線,從圖中可以看出,殼聚糖含量為717%的水凝膠脫水率隨時間變化較快,其它三種水凝膠脫水率隨時間變化曲線類似,稍慢于含殼聚糖717%的水凝膠膜.這是由于淀粉含量保持不變,主要是受殼聚糖含量影響的.殼聚糖含量較少時,對水凝膠性能影響較小,P VA在凝膠中占主導(dǎo)地位,脫水率與純P VA水凝膠類似,此時殼聚糖和P VA相容性也較好,材料整體

10、的脫水率較慢.當(dāng)殼聚糖含量增加到一定量時,使凝膠的性能發(fā)生了較大變化,脫水率會有所變化,從圖中可以看到同一時間內(nèi)含殼聚糖717%的水凝膠脫水率比較快,可能原因是殼聚糖含量增加,與P VA相容性變差,導(dǎo)致材料不穩(wěn)定,脫水率較快 .圖1水凝膠的脫水率與時間關(guān)系圖2為P VA/CS/淀粉水凝膠的溶脹度與時間關(guān)系曲線.從圖中可以看到各種配比的水凝膠出現(xiàn)溶脹平衡的時間不同,純P VA水凝膠出現(xiàn)溶脹2沈陽理工大學(xué)學(xué)報2007年圖2P VA/CS/淀粉水凝膠的溶脹度與時間關(guān)系平衡的時間為80m in左右,殼聚糖含量為217%和4%的水凝膠大約在120m in時才出現(xiàn)溶脹平衡.殼聚糖含量為717%的水凝膠出現(xiàn)

11、平衡溶脹的時間最長,而且有溶解的可能.從溶脹度大小看,殼聚糖含量為717%的水凝膠溶脹度最大,217%的水凝膠溶脹度最小.可見,淀粉和殼聚糖的加入會影響水凝膠的溶脹性能.殼聚糖含量增加延長水凝膠達(dá)到溶脹平衡的時間,主要是殼聚糖的良好的吸水性引起的.殼聚糖含量較高時,由于殼聚糖中大量的-OH及-NH2的親水作用,可能會使水凝膠發(fā)生溶解.2.2力學(xué)性能隨殼聚糖含量的變化表1為P VA/CS/淀粉水凝膠的力學(xué)性能數(shù)據(jù).表1PVA/CS/淀粉水凝膠的力學(xué)性能力學(xué)性能樣品A B C D拉伸強度/MPa 1115±01131112±0119017±901030178±

12、;0108斷裂延伸率/%160167±12183175172±#177;11187157108±10100由表1可以看出,當(dāng)殼聚糖含量較少時,水凝膠拉伸強度變化不是很大,接近純P VA水凝膠.當(dāng)含量超過217%時,隨著殼聚糖含量的進(jìn)一步增加,水凝膠膜的拉伸強度呈逐漸減小趨勢.其中217%配比的水凝膠拉伸強度為1112MPa,最接近于純P VA水凝膠的拉伸強度,717%配比的水凝膠膜拉伸強度最小,為0178MPa左右.斷裂延伸率只有含殼聚糖217%的水凝膠增加較多,其它幾種配比的水凝膠斷裂延伸率與純P VA水凝膠相比略有下降.分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象

13、的原因,當(dāng)殼聚糖量比較少時,P VA占主導(dǎo)地位,力學(xué)性能接近于純P VA 水凝膠.當(dāng)殼聚糖含量增加時,P VA在混合凝膠中所占比例減少,因此,殼聚糖與P VA間形成氫鍵的機會減少,整體的拉伸強度有所下降.由于殼聚糖是非水溶性的,而P VA是水溶性高分子,當(dāng)殼聚糖含量進(jìn)一步增加,二者的相容性會變差,也會使水凝膠的拉伸強度下降.由于殼聚糖的大分子鏈中含有大量的環(huán)狀結(jié)構(gòu),存在于環(huán)上的-OH 及-NH2可形成分子內(nèi)或分子間的氫健,會阻礙分子鏈的旋轉(zhuǎn)和運動,使分子鏈僵硬,會使斷裂延伸率略有減小.由此可見,當(dāng)殼聚糖的含量適合時,可以提高P VA水凝膠的韌性,而且強度不會有太大的降低. 3結(jié)論(1淀粉和殼聚

14、糖的加入,改變了復(fù)合水凝膠的脫水速率和溶脹度,其中殼聚糖含量為717%的水凝膠具有較快的脫水率和較高的溶脹度.(2殼聚糖含量為217%的水凝膠膜,具有較高的斷裂延伸率,達(dá)到了175%左右,拉伸強度略小于純P VA水凝膠.參考文獻(xiàn):1Langer R,Vacanti J P.Tissue engineeringJ.Science,1993,260:9202926.2Langer R.I deas are L ike ChildrenJ.Te-chnol ogy Review,1999,102:74277.3商慶新,曹誼林,張滌生.生物工程領(lǐng)域的嶄新前沿-組織工程C.第一屆全國組織工程學(xué)術(shù)交流會論文匯編,上海, 1999