COL-BC、COL-BC-PVA復(fù)合膜的制備及化學(xué)交聯(lián)對(duì)其性能的影響研究.pdf

1、膠原蛋白(Collagen，COL)基復(fù)合材料由于其優(yōu)良的生物相容性和生物可降解性，在組織工程支架、傷口敷料、人造血管、人造皮膚等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目前的制備方法多為生物培養(yǎng)法、凍融循環(huán)法和冷凍真空干燥法。這些方法對(duì)儀器要求較高，成本也較大，因此，探索出新型成膜方法來(lái)提高復(fù)合膜的性能、降低生產(chǎn)成本就顯得十分必要。
　　本課題主要研究膠原蛋白/細(xì)菌纖維素(COL/BC)復(fù)合膜、膠原蛋白/細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇(COL/BC/P

2、VA)復(fù)合膜的制備及理化性能。通過(guò)濕化學(xué)交聯(lián)法，在過(guò)飽和鹽溶液中用不同交聯(lián)劑交聯(lián)復(fù)合膜，從而改善其力學(xué)性能、抗水性能、熱穩(wěn)定性能等，為擴(kuò)大膠原蛋白基復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用提供理論支持。
　　以膠原蛋白(COL)為基體，細(xì)菌纖維素(BC)為增強(qiáng)體，濕法共混制備了COL/BC二元復(fù)合膜。討論不同BC含量對(duì)復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、模量的影響。在二元復(fù)合的基礎(chǔ)上加入另一種增強(qiáng)基聚乙烯醇(PVA)，討論不同干重比下復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度

3、、斷裂伸長(zhǎng)率、模量等性能。結(jié)果表明:當(dāng)BC含量為57.14％即m(BC)∶m(COL)=4∶3時(shí)COL/BC二元復(fù)合膜的力學(xué)性能最佳，PVA與COL/BC干重比計(jì)為1∶3即PVA占固體總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25.00％時(shí)COL/BC/PVA三元復(fù)合膜的力學(xué)性能最佳。此外，對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行吸水性能、紅外、結(jié)晶性能(XRD)、掃描電鏡(SEM)測(cè)試。吸水性測(cè)試表明，對(duì)于COL/BC二元復(fù)合膜，其達(dá)到溶脹平衡時(shí)的吸水率達(dá)到183％。加入PVA后，CO

4、L/BC/PVA三元復(fù)合膜的吸水率明顯小于二元復(fù)合膜，只有156％。紅外譜圖顯示，COL、BC和PVA經(jīng)過(guò)復(fù)合后形成的復(fù)合膜COL/BC、COL/BC/PVA譜圖中仍可清楚的觀察到酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶、酰胺Ⅲ帶這三個(gè)膠原蛋白的特征吸收峰，表明經(jīng)過(guò)復(fù)合后膠原蛋白的結(jié)構(gòu)沒(méi)有遭到破壞，其三股螺旋結(jié)構(gòu)依然存在，說(shuō)明BC、PVA與膠原蛋白優(yōu)良的相容性。XRD譜圖顯示，BC、PVA與COL復(fù)合后的衍射峰并不是各組分物質(zhì)衍射峰的簡(jiǎn)單數(shù)值疊加，即不是機(jī)械

5、混合作用，而是存在物理化學(xué)作用。SEM顯示，COL/BC二元復(fù)合膜中，COL在BC纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間呈膠狀粘結(jié);加入PVA后，COL/BC/PVA復(fù)合膜纖維網(wǎng)絡(luò)更為致密，在分子結(jié)構(gòu)上更為緊湊。
　　為了增強(qiáng)復(fù)合膜的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性，降低其吸水溶脹性，將COL/BC二元復(fù)合膜和COL/BC/PVA三元復(fù)合膜分別與戊二醛(GTA)、碳化二亞胺(EDAC)進(jìn)行交聯(lián)，討論不同交聯(lián)條件對(duì)復(fù)合膜性能的影響。得出各交聯(lián)反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為:GTA

6、交聯(lián)COL/BC復(fù)合膜的最佳條件為交聯(lián)劑質(zhì)量濃度0.10％，交聯(lián)時(shí)間10h，pH=4;GTA交聯(lián)COL/BC/PVA復(fù)合膜的最佳條件為交聯(lián)劑質(zhì)量濃度0.25％，交聯(lián)時(shí)間15h，pH=3;EDAC交聯(lián)COL/BC復(fù)合膜的最佳條件為交聯(lián)劑質(zhì)量濃度60％，交聯(lián)時(shí)間15h;EDAC交聯(lián)COL/BC/PVA復(fù)合膜的最佳條件為交聯(lián)劑質(zhì)量濃度60％，交聯(lián)時(shí)間20h。對(duì)經(jīng)過(guò)交聯(lián)后的復(fù)合膜進(jìn)行紅外(ATR-FTIR)、力學(xué)性能、溶脹性能(ESR)、熱性能

7、(TGA)、結(jié)晶性能(XRD)的表征。紅外圖譜表明，經(jīng)過(guò)交聯(lián)后，復(fù)合膜中1652cm-1、1558cm-1、1242cm-1處特征峰均有不同程度的減弱，它們分別代表著膠原蛋白酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶、酰胺Ⅲ帶，這說(shuō)明發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)，導(dǎo)致復(fù)合膜溶脹性能明顯降低。與未交聯(lián)復(fù)合膜相比，經(jīng)過(guò)交聯(lián)后，COL/BC復(fù)合膜及COL/BC/PVA復(fù)合膜強(qiáng)度均增大，斷裂伸長(zhǎng)減小，拉伸模量明顯增加，熱穩(wěn)定性提高。通過(guò)對(duì)比，經(jīng)過(guò)EDAC交聯(lián)后制得的復(fù)合膜在力學(xué)性能