聚天冬氨酸贻贝仿生组织胶粘剂的合成及性能研究

• 作 者: 许国栋
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2021年05期
• 关键词: 聚天冬氨酸 多巴胺 MgO纳米粒子 力学性能 抗菌性能

贻贝仿生组织胶粘剂因其具有独特的湿态粘接性能而引起广泛关注,研究者通过将邻苯二酚基团引入高分子链段中,来获得突出的湿态粘结性能,但存在合成工艺复杂、合成过程中使用有机溶剂或所合成胶粘剂水溶性差等问题。此外,进一步改善湿态粘结强度和胶粘剂本身的生物功能特性仍是亟待解决的主要问题。本论文以左旋天冬氨酸（L-asp,L-aspartic acid）为原料,通过固相聚合的方法制备聚琥珀酰亚胺（PSI,polysuccinimide）,然后以碳酸氢钠为水解剂,合成聚天冬氨酸接枝多巴胺聚合物（PLASP-DA,Dopamine-modified poly（aspartic acid））,以高碘酸钠（PI,Sodium periodate）溶液、氧化镁（MgO）纳米粒子和羟基磷灰石（HA,Hydroxyapatite）纳米粒子构成复合交联剂体系,在提高力学性能、粘结强度的同时赋予体系固有的抗菌性能和生物活性。本文采用红外光谱（FTIR）、¹H-核磁共振波谱（¹H-NMR）、紫外光谱（UV-Vis）和凝胶色谱分析对PLASP-DA进行了表征,同时系统研究交联剂体系的组成对复合胶粘剂的交联时间、凝胶含量、溶胀率、力学性能和降解性能的影响规律并分析其内在机制,通过抗菌试验评价复合胶粘剂的抗菌性能。研究结果表明,在CO₃碱性条件下,PSI成功发生了开环反应并接枝上了多巴胺,红外光谱和¹H-NMR谱图证明了PLASP-DA聚合物的链结构;GPC结果表明,提高水解时碱浓度使聚合物的相对分子量先增加后减小;紫外光谱分析表明,不同水解条件下,PLASP-DA聚合物中多巴胺的接枝率最高可达9.50%。交联剂体系的组成对复合胶粘剂的交联时间有很大影响,加入的MgO和HA纳米粒子均能使胶粘剂的交联时间减少,且MgO纳米粒子对交联时间的影响更加明显。通过调整交联体系的组成,交联时间的变化范围在数秒到数百秒之间;添加纳米粒子对复合胶粘剂的凝胶含量的影响不大但使溶胀率有所下降。拉伸试验结果表明,添加MgO纳米粒子会显著改善复合胶粘剂的拉伸性能,复合材料的弹性模量、抗拉强度及断裂伸长率都有大幅度提高,但进一步添加HA纳米粒子,力学性能有所下降。粘结强度试验结果表明添加MgO和HA纳米粒子均可明显地提高复合胶粘剂的粘结强度,当基材为明胶时,单独加入8wt%MgO纳米粒子的第二组别PLASP-DA/MgO复合胶粘剂的粘结强度最高,达到713.0KPa。添加MgO纳米粒子使得复合胶粘剂的降解速率减缓,而添加HA纳米粒子则加快复合胶粘剂的降解速率;抗菌实验结果表明,添加MgO纳米粒子的复合胶粘剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑菌效果,当MgO纳米粒子含量为8wt%时,抑菌率均接近100%。