壳聚糖-聚乳酸凝胶的合成及细胞相容性分析.

壳聚糖－聚乳酸凝胶的合成及细胞相容性分析

姚芳莲，张海玥，周玉涛，葛泉波，姚康德

（天津大学化工学院，天津市南开区卫津路72号，300072）

关键词：壳聚糖，聚乳酸，交联，表皮细胞

壳聚糖是一种天然的聚阳离子多糖（pKa=6.3），分子结构类似细胞外基质中的多糖结构，本身具有生理活性，可生物降解。它带有游离的自由氨基，呈弱碱性。聚乳酸作为一种可降解合成高分子材料，在生物医学领域中广泛应用。但由于聚乳酸降解初期产物乳酸的酸性较强，其局部积累，会对组织有一定的刺激作用。若能将壳聚糖与聚乳酸置于同一个分子链上，制得聚乳酸交联的壳聚糖凝胶，利用二者的生物降解性及生物相容性，一方面用生物相容性良好的聚乳酸作物理交联剂，避免戊二醛等毒性较大的化学交联剂的引入；另一方面由于壳聚糖的引入而使聚乳酸炎症反应减轻。本文通过化学方法合成了壳聚糖-聚乳酸凝胶网络(CL凝胶)，其主链仍为壳聚糖，而侧链聚乳酸链由于其疏水聚集作用，对壳聚糖主链产生物理交联作用。

1实验部分

1.1 CL凝胶的制备

称取一定量的壳聚糖溶于乳酸水溶液中，待其完全溶解后，将其倒入聚四氟乙烯模具中，在80℃下常压反应4h，然后在1.06×103Pa、80℃真空条件下继续反应6h。将所得共聚物置于索氏提取器中，甲醇溶剂连续抽提48h，真空干燥。

1.2 CL凝胶结构及性能的表征

采用PERKIN-ELMER 5300光电子能谱分析仪对CL薄膜表面的C、O、N元素

，电荷位移校正取C1s=285.0eV。CL凝胶本体的C、H、进行分析，激发源为AlK

α

N元素分析用PE－2400元素分析仪测定。采用Dataphysics接触角表面张力测量仪，测定不同配比的CL膜与蒸馏水之间的前进角和后退角。

1.3 CL膜生物相容性表征

选用人表皮细胞株，经复苏及传代培养用于对CL凝胶膜的细胞相容性考察。 本项目为国家自然科学基金项目：30470482/C010515；天津市自然科学基金重点项目：043803211

细胞接种密度为2×104个/ml ， 37ｏC ，5% CO 2 培养箱中培养。每隔三天更

换培养液，采用MTT 方法表征细胞的活性。

2结果与讨论

2.1 CL 凝胶的合成

壳聚糖（CS ）在乳酸（LA ）水溶液的溶解过程中，伴随着其分子链上－NH 2

的质子化过程，即壳聚糖上的－NH 2与乳酸上的－COOH 以离子键的形式结合形成

N% 样品 LA/CS(wt/wt) 表面 本体

CL-1 0.5 2.0 8.32 CL-2 1.0 2.7 6.24

CL-3 1.5 3.1 / CL-4 2.0 2.6 6.05

LA 100 0 0

2.3动态接触角分析

本实验用动态水接触角 (前进角和后退角) 对CL膜表面的亲水性进行了研究，结果列于表2中。

Table 2 The contact angle of CL gels

样品前进角后退角滞后

CL-2 91.99ｏ 42.41ｏ 49.58ｏ

CL-3 90.65ｏ 38.54ｏ 52.11ｏ

表皮细胞属于贴壁型细胞，只有黏附后才能增殖生长。TCPS表面是经过特殊的组织培养处理，有助于细胞的黏附和增殖。从图3看出，虽然TCPS细胞黏附的不多，但是其增殖是最快的。而CS与CL相差不多，其中CL-3与CS最为接近，比CL-2有较好的生物相容性。

a b

Figure 4 The SEM of the shape of epidermis cell cultured after six days (a. CS; b. CL-3) 从图4可以看出，细胞在CS和CL-3材料上的黏附数量很多，单层基本上融合，且出现多层叠加现象。细胞呈不规则多边形形状，细胞与细胞之间可以见到明显的粘连现象。说明CL-3和CS有较为相近的生物相容性。

Synthesis and Cytocompatibility Evaluation of

Chitosan-G-Oligo(Lactic Acid) Gel

Yao Fanglian, Zhang Haiyue, Zhou Yutao, Ge Quanbo, Yao Kangde (School of Chemical Technology & Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072) Chitosan, as an alkaline polysaccharide, has good biological compatibility. However, sometime its mechanical performances can not match the requirement for medical implanted materials. Crosslinking is a usual effective method to enhance the mechanical strength of polymers. The conventional crosslinkers for chitosan are aldehydes but their physiological toxicities limit the application of chitosan. Here a graft copolymer of chitosan-g-oligo(lactic acid) was prepared by the graft copolymerization of chitosan with D, L-lactic acid without a catalyst. The elemental composition of the copolymer film at the surface and bulk were determined by XPS and elemental analysis separately. The dynamic contact angle of the film in water was also measured. The results show that chitosan is crosslinked through the hydrophobic association of the oligo(lactic acid) side chains. The biocompatibility of the copolymer film was also evaluated by epidermal cell culture, cell adhesion and proliferation, which promise the wide application of the graft copolymer of chitosan and oligo(lactic acid) as biomaterials in the biomedical area.

Keywords: chitosan, lactic acid, epidermal cell, graft copolymer