纳米纤维素基自愈合水凝胶敷料的制备与机理研究

作     者：黄鞍山 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴朝军

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：纳米纤维素 自愈合水凝胶 伤口敷料 抗菌 

摘      要：皮肤创伤是一个常见且需要特别关注的健康问题,当皮肤遭受机械擦伤、烧伤或外科手术等创伤时,选择合适的敷料对于促进伤口愈合至关重要。水凝胶敷料作为一种广泛应用于伤口修复的材料,具有出色的吸水性能和生物相容性,特别是天然的纳米纤维素水凝胶,来源于植物纤维,具有良好的生物相容性,不易引起过敏反应和排斥反应,它能够快速吸收伤口渗出的液体,保持周围干燥的环境,有助于促进伤口愈合。然而,当前的水凝胶敷料不足以抵御伤口周围组织的张力和外部力量,导致敷料在伤口周围发生拉伸、变形或撕裂,需要进一步改进其机械强度或赋予其自愈合能力。自愈合纳米纤维素水凝胶在表面破损或划伤时,可以通过自身分子重新排列恢复原有的结构和功能。本文设计并制备了纳米纤维素基自愈合水凝胶,为解决水凝胶敷料在伤口保护和使用寿命等方面存在的弊端。做出有益的探索。主要内容如下: (1)为了实现纳米纤维素水凝胶的自愈合能力,以羧甲基纤维素纳米纤丝(CMCNF)和纤维素纳米晶体(CNC)为原料改性后交联形成水凝胶。结果表明,当水凝胶分成两部分时,由于动态5分钟内可自愈合,并且24小时后愈合效率达到了惊人的90%。水凝胶平衡溶胀率为381%。水凝胶的拉伸和压缩能力分别达到164.2 k Pa和41.9 KPa。 (2)为了进一步提高水凝胶的机械强度,使用细菌纤维素(BC)和壳聚糖(CS)为原料改性后与PVA形成双交联网络,进而形成水凝胶。结果表明,机械强度大大提高,最大的拉伸和压缩能力分别达到1.2 MPa和41.9 KPa。并且水凝胶仍然具有良好的自愈能力,愈合效率为89.1%,最大平衡溶胀率为2203%,生物相容性优异,能够作有效支持细胞生长。 (3)为了进一步提高水凝胶的抗菌能力,在BC改性的过程中引入纳米银颗粒(Ag NPS),然后与改性后的CS和PVA形成双交联形成水凝胶。结果表明,水凝胶对金黄色葡萄球菌抗菌率达到99.87%,对大肠杆菌的抗菌率达到100%,最大的拉伸和压缩能力为分别达到1.4 MPa和340.2 KPa。水凝胶的自愈能力效率为91.3%,最大平衡溶胀率为3161.1%,具有良好的生物相容性。这种高机械、抗菌纳米纤维素基自愈合水凝胶为解决伤口敷料使用寿命短的问题提供一种新思路。