多糖水凝胶外文翻译资料

 2022-07-18 07:07

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摘要

多糖水凝胶已被广泛用作生物医学领域的生物材料。在本文中，通过氧化魔芋醛之间的希夫碱反应制备复合水凝胶葡甘露聚糖（OKGM）和羧甲基壳聚糖（CMCS）的氨基。同时，数量不同的氧化石墨烯（GO）作为纳米添加剂添加。水凝胶通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和表面形态学（SEM）等多种方法表征。通过观察SEM，水凝胶冷冻干燥后的支架呈现均匀的相互连接的孔隙的结构。此外，不同的GO含量对性能的影响包括凝胶时间，膨胀能力，水蒸发速率和力学性能。该结果表明，水凝胶的凝胶时间短，适宜的溶胀能力和水分蒸发率较好。特别是，抗压强度和模量分别提高了144％和296％GO含量从0增加到5mg / ml。此外，应用MTT分析来评估水凝胶的生物相容性。结果表明，具有GO的水凝胶显示出更好的生物相容性。因此，复合水凝胶由于适当的吸水能力，与软组织的相似压缩模量和优异的生物相容性，具有潜在的应用于伤口敷料。

  1. 介绍

皮肤是保护内部的重要天然屏障器官，能够保护器官脱离外界环境，防止身体脱水，但是损伤后会失去其保护机制[1]。因此发生伤口后以同样的方式去充当屏障是至关重要的[2]。 近年来，水凝胶因独特性质，包括生物相容性，生物降解性，无毒性[3]广泛应用于制药和生物医学领域。同时水凝胶保持潮湿环境的能力对于促进伤口愈合过程很重要[4]。 他们的含水量很高以及吸收大量液体的能力也促进创造一个潮湿的环境，鼓励肉芽组织迅速形成和再上皮化[5]。此外，水凝胶在结构上与天然细胞外基质（ECM）相似[6,7]，它们可以提供三维结构用于细胞粘附，增殖，运输细胞因子，营养物质和代谢废物[8,9]。 因此，水凝胶非常适合用作伤口敷料。

天然聚合物与天然胞外基质（ECM）具有相似的组分，并且广泛用于生物医学应用。壳聚糖及其衍生物是最常用的生物材料[10]。壳聚糖（CS）由N-乙酰基葡糖胺和D-葡糖胺单元通过alpha;-（1-4）链接。它一直被用作伤口愈合促进剂[11-14]。然而，由于其水溶性差，很大程度上限制了其应用[15,16]。作为壳聚糖衍生物，羧甲基壳聚糖（CMCS）是重要的水溶性壳聚糖衍生物，毒性低，生物降解性，生物相容性，血液稳定性好形成薄膜和水凝胶的能力[17-19]。所以CMCS已经广泛用于许多生物医学材料中，如保湿剂，杀菌剂，伤口敷料，人造组织，血液抗凝剂和给药基质[20-22]。此外，CMCS能够刺激细胞外溶菌酶成纤维细胞的活性，促进正常皮肤的增殖成纤维细胞和抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖[16]。关于CMCS交联形成水凝胶的报道很多，通常涉及小分子交联剂但它们具有细胞毒性潜力[23-25]。魔芋葡甘露聚糖（KGM）是一种天然多糖，由D-甘露糖组成和通过alpha;-（1，4）键连接的d-葡萄糖单元。是一个alpha; - （1，4）链接多糖，KGM可以通过与高碘酸钠反应生成OKGM来氧化[26,27]。通过氧化反应，KGM分子链中顺式 - 二醇基团的碳 - 碳键被切割并产生反应性醛官能团，它可以通过席夫碱反应与CMCS化学交联在CMCS的游离氨基和醛基之间的OKGM。

常规水凝胶由天然或合成聚合物组成，通常表现出较差的机械性能，这限制了它们作为敷料的实际应用[28]。为了处理这个问题，研究人员注意到了氧化石墨烯，化学转化石墨烯的前​​体，由其组成的二维片材并具有大量的含氧基团如羟基，环氧化物和羧基在基面和边缘[29,30]。这些含氧的组赋予GO片具有强相互作用的功能与聚合物形成GO插层或剥离复合材料[31]。同时，这一特性使得GO可以很容易地与聚合物结合以提高机械性能水凝胶[32]。另外，研究表明氧化石墨烯具有支持细胞增殖，粘附和分化的能力，几乎没有或没有细胞毒性效果[33-35]。此外，据报道，GO显示促血管生成特性[36]，可促进伤口愈合。因此，我们考虑在CMCS / OKGM中添加氧化石墨烯水凝胶以改善机械性能和生物相容性。

在这篇文章中，我们准备了CMCS / OKGM / GO复合材料水凝胶通过FT-IR和SEM确认不同的GO含量对诸如凝胶时间，水溶胀能力，水蒸发速率和力学性能的影响。 另外，通过甲基噻唑基四唑（MTT）测定生物相容性。 由于他们的仿生组成和绿色制造程序，复合水凝胶预计将有潜在的应用伤口敷料市场。

  1. 实验

2.1．物料

魔芋葡甘露聚糖（葡甘露聚糖的含量85％）购自Konson konjac Corp.（武汉，湖北，中国）。壳聚糖（脱乙酰度= 92％）购自浙江玉环海洋生物化学有限公司（中国）。石墨电力购自阿拉丁。 单氯乙酸酸，氢氧化钠，高碘酸钠，乙二醇，高锰酸钾，五氧化二磷，硝酸钠，30％wt双氧水和本文中使用的其他试剂均为分析纯，无需进一步纯化。 他们被购买来自国药集团化学试剂公司

2.2．羧甲基壳聚糖（CMCS）的制备

CMCS是根据我们以前的研究制定的稍作修改[15]。 其步骤为，将壳聚糖（6g）加入到其中50％NaOH溶液，混合物保持在-20℃保存24小时。 然后将解冻的壳聚糖分散在异丙醇中加入一氯乙酸（9g）。 搅拌混合物在室温下反应。 然后将混合物加热至60℃保持5小时。 反应产物经蒸馏透析通过8000-10,000分子量截留的透析管中，并在50℃下真空干燥以获得纯化的CMCS和干燥的样品储存在真空干燥器中进一步使用。 反应如方案1所示。

方案1.羧甲基壳聚糖的合成。

2.3．氧化魔芋葡甘露聚糖（OKGM）的合成

OKGM是根据之前的研究制定的稍作修改[26]。高碘酸钠氧化魔芋葡甘露聚糖。 在600ml 1％（w / v）的水性分散体中KGM，加入1.58g高碘酸钠并且混合物在30℃下剧烈搅拌12小时。 然后将10毫升乙二醇加入到反应混合物中以还原未反应的高碘酸盐并再搅拌2小时。 反应产物透析与蒸馏水混合3天，直到透析液不含碘酸盐（用硝酸银检查）。 然后将反应产物3000rpm离心20分钟。 将上清液在50℃真空干燥，得到纯化的OKGM和干燥的样品储存在真空干燥器中供进一步使用。反应如方案2所示。 方案2.氧化魔芋葡甘聚糖的合成。

2.4．氧化石墨烯（GO）片材的合成

GO是由修改Hummers方法的石墨粉制备的[29,37]。石墨粉（2g），K 2 S 2 O 8（1g），P 2 O 5（1g）放入烧瓶中，加入浓H 2 SO 4（20ml）进入烧瓶以预氧化石墨粉。搅拌混合物在80℃下剧烈搅拌5小时。然后将混合物缓慢冷却至室温6小时。过滤混合物，洗涤直至滤液呈中性。然后将滤饼干燥在50℃过夜。预氧化石墨粉（2g），NaNO 3（2g）和H 2 SO 4（100ml）在冰浴中搅拌放入烧瓶中。同时缓慢加入KMnO4（6g）以保持pH值反应温度低于10℃。搅拌30分钟后，混合物转移到油浴中，在35℃下继续搅拌5小时用蒸馏水（500ml）稀释混合物并随后通过逐渐加入15毫升H 2 O 2（30重量％）来终止反应。该产物用稀盐酸洗涤（体积1:10）。在8000rpm离心10分钟后，洗涤沉淀直至上清液为中性。然后将产物分散在蒸馏水中并超声处理3小时在100W下，然后将分散体在蒸馏水中透析3d。将分散体冷冻干燥以获得乳液纯化GO。

2.5．OKGM / CMCS / GO水凝胶的制备

加入一定量的CMCS和OKGM进入蒸馏水，在室温下连续磁力搅拌直至分别溶解至5％wt的最终浓度。 然后溶液储存在4℃以备后用。将不同量的干GO添加至OKGM溶液（5％wt）至最终浓度分别为0mg / ml，1mg / ml，3mg / ml，5毫克/毫升。 这样，四种GO / OKGM浓度用于制备复合水凝胶。将不同的OKGM / GO溶液（2ml）与CMCS混合溶液（2ml）。 然后在37℃搅拌混合物使用康宁型号PC-320热板/搅拌器15分钟至155转/分钟确保氧化石墨烯均匀分布在混合物中然后在4℃保持24小时。 根据GO浓度，水凝胶样品分别编码为GO-0，GO-1，GO-3，GO-5。 合成水凝胶的程序如下如图3所示。 方案3.水凝胶合成路线的示意图。

2.6．凝胶时间测试

根据先前报道的方法进行凝胶时间测试[38]。 CMCS和OKGM / GO的混合物溶液置于培养皿（100times;20mm 2，International VWR，上海，中国），磁力搅拌棒（Teflon氟碳树脂，5times;2mm2，Fisher Scientific，中国上海）位于溶液液滴的中心， 在37℃搅拌溶液下使用Corning型PC-320热板/搅拌器以155rpm进行。 当溶液形成完全与盘底部分离的固体小球时所花时间为凝胶化时间。 数据来自每个样品使用三次测量数据来计算。

2.7．膨胀测量

水凝胶样品（柱，直径20mm和高度10 mm）置于50℃真空中干燥至恒定重量。 然后将样品浸入PH = 7.4的磷酸盐中缓冲盐水并在室温下保持48小时。 取出溶胀好的水凝胶并且将表面上过量的液体用滤纸吸收。 然后测量水凝胶的重量。 溶胀比（SR）由下式计算：

其中Ws和Wd是处于膨胀状态的样品的重量和处于干燥状态的重量。 每个样品的数据使用三次测量数据来计算。

2.8．水分蒸发率

获得的新鲜水凝胶样品（柱，直径20mm和高度10mm）在室温下浸入蒸馏水中直至达到平衡。 然后取出样品并称重。 样品放置在50℃和50％相对湿度的培养箱中培养24小时。定期测量样品的重量直至恒定。 水分蒸发率是由水分计算的以下公式：

其中W1，W2，W3分别是是初始重量，测量重量和样本的最终重量。 每个样本的数据使用三次测量数据来计算。

2.9．水凝胶的机械性能

测定水凝胶的机械性能通常是通过通用测试机测量它们的压缩强度和它们的压缩模量来测定。 为了制备用于测定的样品，使用模具将水凝胶成形为圆盘直径20毫米，厚10毫米。 单轴压缩用5KN负载对圆柱形样品进行测试细胞以10mm / min的应变速率施加，并施加负载直至样品被完全粉碎。 压缩模量从最初的衬里区域（0.10-0.20应变）计算应力 - 应变曲线[39]。 计算每个样品的数据使用三次测量数据计算。

2.10．表征

GO的透射电子显微镜（TEM）分析是使用JEOL JEM-2100F（日本）透射电子显微镜。这些样品是通过滴入水溶液在TEM网格上制备稀释GO水溶液。冷冻干燥并在200kV的加速电压下观察。GO的拉曼光谱分析使用RENISHAW INVIA拉曼光谱仪在室温下使用一个532nm的激发激光源。 Spectra录制自300至3300 cm-1。CS，KGM，CMCS，OKGM，GO和水凝胶的FT-IR光谱样品用Nicolet 170SX傅里叶变换记录红外分光光度计（美国）在波数范围内从400到4000cm-1。所有的测试样品都是由KBr磁盘方法。扫描电子显微镜（SEM）图像用a扫描电子显微镜（JEOL JSM-5610，日本）。将水凝胶冷冻干燥以制备SEM样品。测试样品用金层涂覆，然后在25KV的加速电压下进行实验。

2.11．细胞培养和样品制备

NIH-3T3小鼠胚胎细胞用Dulbecco改良的Eagle培养基（DMEM，高葡萄糖，HyClone）加入10％胎牛血清（FBS）和抗生素含有100U / ml青霉素，100mu;g/ ml链霉素。 细胞是在含有5％CO2的潮湿空气中37°C孵育，培养基每2-3天更新一次。 将指数生长的细胞用0.25％胰蛋白酶分离，然后再接种新鲜的培养基来创造新的细胞悬液作进一步接种[40]。为了制备用于细胞毒性测定的样品，所有材料消毒和所有操作均在无菌条件下进行。 使用模具将水凝胶成形为10mm的圆盘直径和2毫米厚。 盘片暴露于紫外线（70 w / cm2）在洁净工作台的每个表面上保持2 h无菌供进一步使用。

2.12．细胞毒性测定

间接的细胞毒性测定使用先前的洗脱方法进行[41]。简而言之，将NIH-3T3细胞接种（一式五份）至密度为5000的96孔培养板细胞/孔并孵育24小时以实现细胞的附着。同时，将灭菌的水凝胶样品转移转移到含有细胞培养基的24孔组织培养板中并在含有5％CO2的潮湿空气中37°C孵育持续24小时。然后除去细胞平板中的培养基和细胞用PBS冲洗两次。将水凝胶样品的提取洗脱溶液（200mu;l）加入每个孔中。孵化后分别为1d，3d，5d，20mu;lMTT溶液（PBS中5mg / ml）加入到每个孔中并将平板在37℃再温育4小时。然后除去细胞平板中的培养基，并向每个孔中加入一定量的二甲基亚砜（DMSO）随后将平板振荡10分钟。使用酶标仪测量490nm处的光密度（OD）。使用没有水凝胶样品的提取洗脱溶液作为阳性对照组的情况下培养细胞，并且孔仅包含DMSO作为背景组。计算细胞存活率按以下公式计算：

其中ODs，ODc，ODb分别是样品孔，阳性对照孔和背景孔的光密度值。

  1. 结果讨论

3.1．GO的表征

GO粉末的FTIR光谱如图1所示。GO的FTIR光谱显示在3399cm -1处的特征谱带，1731cm -1，1623cm -1，1400cm -1和1052cm -1归因于O H伸缩振动，羧酸的C 0伸缩振动，sp 2网络的C C伸缩模式O HC OH基团的变形和C O C伸缩振动，[33,42]。原始GO的TEM图像如图2（a）所示。 有可能看到GO包含几个石墨层，其中一些层折叠诱发皱纹。 皱纹对预防非常重要在干燥过程中由范德华力引起的石墨烯聚集[43]。 GO（1mg / ml）/ OKGM（5％wt）的数字照片解决方案如图2（b）所示。 GO片材在OKGM溶液中均匀分散，并且溶液稳定在几周内没有沉淀或颜色变化发生。

利用拉曼光谱研究氧化过程中石墨的碳结构。 典型的拉曼GO

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