CS-NIPAAm温敏膜的制备及其在人工视网膜研制中的应用

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热敏高分子膜是指当高分子膜所处的环境发生变化时,膜的形状、渗透速率、体积、颜色等随之发生敏锐响应,即突跃性变化的膜。它可广泛地应用于生化物质的分离提纯、人工器官、药物控制释放和仿生科学等领域   本文通过接枝共聚反应的方法,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,在一定配比的乙酸水溶液中,将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)接枝到生物活性材料壳聚糖(CS)上,制得壳聚糖的N-异丙基丙烯酰胺接枝共聚物(CS-g-NIPAAm)。选用上述两种材料的目的在于保留PNIPAAm温敏性的同时,改善其生物相容性,使其成为有效的分离装置,为组织工程角膜上皮的构建提供条件,使其在细胞培养过程中促进细胞贴附、铺展以及增殖等一系列细胞行为,需要脱附细胞时又可以利用其温敏特性,通过改变温度来达到人工控制细胞脱附的目的,从而应用于人工视网膜的研制中。   通过研究反应条件如反应物比例、反应温度、引发剂浓度对反应所得产物组成及结构的影响,找到最佳反应条件,制得接枝共聚物(CS-g-NIPAAm)。以元素分析、红外光谱(FTIR)、差热扫描量热(DSC)、视频接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)、水通量以及溶胀比测定等方法对产物进行组成与结构分析和表征。结果表明壳聚糖的N-异丙基丙烯酰胺接枝共聚物(CS-g-NIPAAm)具有温度敏感性,其相转变温度(最低临界溶解温度LCST)在34℃附近,且具有可逆性。   通过从CS-g-NIPAAm/二甲基亚砜(DMSO)基接枝共聚物溶液中蒸发溶剂的方法获得CS-g-NIPAAm基膜。研究反应条件(反应物比例、反应时间、引发剂浓度等)对CS-g-NIPAAm基膜的溶胀比SR及最低临界溶解温度(LCST)的影响。分别研究不同环境温度(25~55℃)下CS-g-NIPAAm基膜的溶胀比、脱溶胀和再溶胀性能。最后对CS-g-NIPAAm共聚膜进行细胞培养研究。   实验结果表明:   (1)CS-g-NIPAAm共聚膜在LCST——(34℃)以下溶胀,其溶胀比可高达干膜的十倍左右,在LCST以上发生脱溶胀而收缩,变得几乎与干膜一样。   (2)在研究方应条件对CS-g-NIPAAm共聚膜性能的影响时发现:当NIPAAm含量较低时,CS-g-NIPAAm共聚膜的溶胀比SR较高,当NIPAAm含量增加时,则溶胀比较小。SR随引发剂含量得增加而提高,当引发剂浓度大于2%时,共聚膜的SR基本不变。25℃合成的共聚膜的SR突变区间较宽,说明50℃得到的共聚膜比25℃的共聚膜的温敏响应速率快。以上反应条件对LCST无影响。   (3)在研究不同反应温度下CS-g-NIPAAm共聚膜溶胀及消溶胀过程过程中,得出:50℃生成的共聚膜具有快速溶胀性能,25℃生成共聚膜溶胀性能较差;消溶胀过程中,25℃及50℃生成CS-g-NIPAAm共聚膜都能快速达到消溶胀平衡,50℃生成共聚膜的保水率最高。   (4)在对CS-g-NIPAAm共聚膜与PNIPAAm水凝胶的溶胀及退溶胀性能的比较研究中发现:在相同温度下,CS-g-NIPAAm共聚膜的溶胀率明显高于PNIPAAm水凝胶;CS-g-NIPAAm共聚膜在退溶胀状态下比PNIPAAm水凝胶具有更高的释水速率。   以制得的CS-g-NIPAAm共聚膜附于细胞培养皿表面,取新西兰大白兔的口腔粘膜细胞进行分离、接种、培养,观察膜表面细胞生长情况。   结果表明:细胞接种5天后细胞加速增殖,核分裂相多见,细胞数量明显增多。上皮细胞逐渐生长融合成片,如铺路石状,细胞大小均一。原代培养12天左右细胞融合。细胞传代接种后第1~4天为静止生长期,细胞贴附、伸展,增殖缓慢。随后细胞开始增殖活动,第6~11天处于快速生长期,第13天后进入平台期,细胞出现接触抑制,生长速度逐渐减慢。
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