P(nBA-DEAEMA)聚合物刷的合成、表征與流變學(xué)性質(zhì)測定.pdf

1、氣管缺損或狹窄是一種通常由氣管創(chuàng)傷和疾病引起的高致死率疾病，對于這種疾病，目前唯一的根治方法是進行氣管切除后重建。氣管重建的方法包括組織工程氣管和人工氣管，而這兩種方法都面臨著氣管替代物內(nèi)表面纖毛上皮缺失的問題。我們知道，氣道粘液-纖毛清除系統(tǒng)是人體重要的防御，自主擺動的纖毛將粘附了大量致病原和顆粒物的粘液推向咽部，保護氣管不受到感染。而重建后的氣管替代物通常缺乏有功能的纖毛上皮，將導(dǎo)致氣管替代物內(nèi)腔裸露、痰液潴留、感染、刺激肉芽組織增

2、生致管腔狹窄，嚴重者將導(dǎo)致呼吸困難甚至死亡。為了解決這個問題，我們模仿人體呼吸道纖毛，合成出一種能夠牢牢粘附在人工氣管內(nèi)壁的聚合物刷來替代氣管纖毛。我們以丙烯酸正丁酯(nBA)、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)作為合成單體，合成出聚（丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸二乙氨基乙酯）P(nBA-DEAEMA)球形聚合物刷。并對其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)、成膜后表面三維結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進行表征。除了外形結(jié)構(gòu)相似，還必須滿足纖毛所需要的力學(xué)要求。作為被氣

3、流和粘液不停剪切沖刷的聚合物刷，必須要滿足一定條件下的剪切力測試。在足夠的剪切力作用下，聚合物刷不脫落、不絮凝、不成團才能滿足需求，所以我們同時檢測了其在剪切力作用下的流變學(xué)性質(zhì)。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　?、傥覀円员┧嵴□?nBA)、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)作為合成單體，采用乳液聚合法，以偶氮二異丁腈（AIBN）作為引發(fā)劑，在氮氣的保護下，合成出聚（丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸二乙氨基乙酯）P(nBA-(DEA

4、EMA)球形聚合物刷。為了探索最佳反應(yīng)條件，我們設(shè)計了以單體比例、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑濃度、乳化劑用量、攪拌速度為條件的正交試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最優(yōu)化的反應(yīng)條件是：DEAEMA:nBA=3.0:2.6；引發(fā)劑（AIBN）用量0.12g；攪拌速度300rpm；乳化劑用量0.62g；反應(yīng)溫度73℃。而單體比的極差值最大，接下來依次是引發(fā)劑用量、攪拌速度、乳化劑用量和反應(yīng)溫度。說明在實驗條件下，合成過程中單體的比例對于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響最大，反應(yīng)溫度對反

5、應(yīng)影響不大。
　?、谝苑磻?yīng)所得的乳液和聚合物凍干粉為研究對象，用粒徑分析儀、紅外和核磁共振波譜對其乳液粒徑和聚合物刷化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)1568cm-1處的特征吸收峰及1670-1690cm-1處C=C伸縮振動吸收峰的消失則證實了共聚的發(fā)生。核磁共振光譜數(shù)據(jù)表明，NBA和DEAEMA單體共聚合過程中進料比為1:1。我們的乳液粒徑分布在10~100nm范圍內(nèi)，粒徑較小，所以成膜的致密性良好。
　　③聚合物成膜之

6、后，采用電子掃描顯微鏡表征其三維結(jié)構(gòu)，采用DSC分析儀和接觸角分析儀來測定其DSC結(jié)果和親疏水性。結(jié)果顯示所合成的共聚物膜材料的接觸角為102.3°，說明是一種較為疏水的材料；電子掃描顯微鏡的結(jié)果表明聚合物刷纖毛的尺寸約為5-10μm，與人體呼吸道纖毛的尺寸較為接近。
　　④我們采用旋轉(zhuǎn)流變儀，并配制了不同的pH值、離子強度、表面活性劑濃度和固體顆粒物濃度中的模擬粘液作為剪切力施加的主體，來表征聚合物刷成膜的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，在對

7、模擬粘液的粘度和模量測試結(jié)果說明模擬粘液是剪切變稀型粘液，在逐漸變高的剪切速率下，粘液的粘度逐漸下降；我們所合成的粘液與人體呼吸道粘液的性質(zhì)基本相仿，可以作為模擬粘液使用；而剪切速率升高，粘度下降較為均衡，沒有產(chǎn)生較大的波動，所以在高的剪切速率下，所表襯的膜并沒有發(fā)生大規(guī)模脫落或者聚集；復(fù)雜環(huán)境下如不同的pH值、離子強度、表面活性劑濃度和固體顆粒物濃度，其中離子強度對聚合物刷-粘液體系的粘度影響很小，可以忽略不計。而pH調(diào)動對粘液的粘度

8、影響較大，在酸性條件下，體系的粘度遠遠大于原粘液和堿性條件，這是有兩個原因，一是粘液配制所用豬胃粘液蛋白對酸性敏感，隨著pH值降低而粘度增加；二是聚合物刷本身在酸性條件下，厚度增加，阻礙流體的流動。陰離子表面活性劑對聚合物刷表襯體系的粘度影響很大，這是因為陰離子表面活性劑對聚合物刷上帶正電荷的叔胺基之間能形成有效的靜電作用，能對聚合物刷側(cè)鏈的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響而固體顆粒物濃度對粘液粘度的影響，添加了固體顆粒物的粘液較原粘液的粘度顯著增大；