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湖北大学蔡芳昌实验室MBS:具有丰富氢键的壳聚糖/聚乙烯醇/月桂酰胺丙基甜菜碱/2D-HOF混合膜用于高机械强度人造皮肤

摘要:湖北大学材料科学与工程学院蔡芳昌实验室通过将壳聚糖和聚乙烯醇与月桂酰胺丙基甜菜碱和氢键有机骨架(CS/PVA/LPB/2D-HOF)交联,制备了一系列亲水性抗菌聚合物网络。系统地评估对照组和复合物的机械性能以获得人造高强度皮肤。为未来人造皮肤和组织工程领域的复合材料研究提供了一种新的方案。


关键词:亲水性,增韧,2D-HOF,氢键,聚合物网络,人造皮肤


图1. 2D-HOF和CS/PVA/LPB/2D-HOF混合膜的设计策略。

图 2. 混合膜的稳定性和机械性能。a CS/PVA、CS/PVA/LPB和CS/PVA/LPB/2D-HOF薄膜的TG曲线。b 不同混合膜的应力-应变曲线。c  CS/PVA 和 CS/PVA/LPB 薄膜承载的重力的实物图像。d 不同混合膜的断裂伸长率图。e 不同混合膜的拉伸强度图。f CS/PVA/LPB/2D-HOF混合膜承载的重力实物图。g CS/PVA/LPB/2D-HOF混合薄膜拉伸机的实物图。

图 3. 混合膜的机械性能。a混合膜中2D-HOF裂纹增韧示意图。b 拉伸前后 CS/PVA/LPB/2D-HOF 混合膜的 FE-SEM 形貌图像。c CS/PVA/LPB/2D-HOF混合薄膜拉伸前后的ATR-FTIR图。

图4.a普通纱布(对照组)、CS/PVA/LPB/2D-HOF混合膜不同时间的伤口照片。b 样品处理后,小鼠每日体重变化曲线。c 伤口愈合曲线。d 空白组伤口切片的 H&E 染色图像。e CS/PVA/LPB/2D-HOF混合膜组伤口切片的H&E染色图像。

皮肤伤口被感染,通常会导致严重的问题,例如伤口难以愈合、免疫系统紊乱、细菌和一些真菌在伤口上繁殖,造成其他并发症甚至死亡。为了更好地促进皮肤伤口愈合,一个 迫切需要合适的伤口医用敷料,为伤口提供舒适的环境,作为促进伤口皮肤组织再生和愈合的屏障。理想的伤口医用敷料应具有吸收渗出液的能力。保持创面清洁,可为创面提供湿润的环境、充足的透氧性、良好的生物相容性、适宜的肿胀率和优良的抗菌活性。传统的医疗配件对创面只有简单的保护作用。例如,早期的亚麻和棉质敷料很难提供潮湿的环境。它们易粘附皮肤创面,不易更换,难以达到治疗效果。水凝胶敷料虽然具有较高的渗出液吸收能力,但能轻松去除创面杂质,但相对 表面的抗菌性能和机械稳定性较差。


薄膜敷料一直具有良好的透气性和对细菌和渗出物的不渗透性的优点。然而,它们的机械性能在生物学和细胞力学的背景下受到很大限制,并且 很难创造出具有长期耐久性的固体聚合物膜网络。如何控制其微观结构、机械强度等性能参数以优化组织再生仍面临巨大挑战。因此,我们迫切需要设计一种新型 用于机械生物学应用的具有卓越机械性能的薄膜医用敷料。


湖北大学材料科学与工程学院蔡芳昌实验室通过将壳聚糖和聚乙烯醇与月桂酰胺丙基甜菜碱和氢键有机骨架(CS/PVA/LPB/2D-HOF)交联,制备了一系列亲水性抗菌聚合物网络。系统地评估对照组和复合物的机械性能以获得人造高强皮肤。CS/PVA/LPB/2D-HOF 复合物表现出比其他对照组强的机械能力。通过对红外光谱和形貌的分析,分子与裂纹之间的氢键显着协同提高了{attr}3109{/attr}的力学性能。其最大拉伸强度可达29 MPa,最大负载量可达3700 g。通过细胞毒性以及抗菌实验可知,该混合薄膜有良好的细胞形容性,抗菌性达到95.76%。体内外实验表明,混合膜可以促进组织再生和伤口愈合。


WILEY


论文信息:

Chitosan/Polyvinyl Alcohol/ Lauramidopropyl Betaine/2D-HOF Mixed Film with Abundant Hydrogen Bonds Acts as High Mechanical Strength Artificial Skin

Qin Ye, Shu-Han Chen, Ya Zhang, Bo Ruan, Yi-Jie Zhang, Xin-Ke Zhang, Tao Jiang,

Xiaoge Wang,* Ning Ma,* and Fang-Chang Tsai*

Macromolecular Bioscience

DOI:10.1002/mabi.202100317


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