团队通过壳聚糖的化学转化制备甲壳素水凝胶

甲壳素水凝胶被认为是多种生物医学应用的有前途的材料。其生物相容性和生物降解性使其可用于组织修复、人造器官和伤口愈合。然而，科学家们在制造甲壳素水凝胶方面仍然面临挑战。一组研究人员开发了一种绿色、高效、可规模化的甲壳素水凝胶制备方法。

该团队的工作为制造甲壳素水凝胶提供了合理的策略，并为其作为优质生物医学材料的实际应用铺平了道路。

他们的研究结果发表在7 月 1 日的《纳米研究》杂志上 。

甲壳素是第二丰富的天然聚合物，是一种来自螃蟹、虾和昆虫外骨骼的物质。甲壳质具有可再生、可降解、生物相容性和低成本等特点。这些品质使其成为各种生物医学用途的绝佳候选者。“甲壳素水凝胶与细胞外基质有许多相似之处，是组织工程和再生医学的理想材料。然而，将甲壳素溶解在水溶液中来生产水凝胶材料是一个挑战。因此，制定合理的制造策略具有重要意义。”中国科学技术大学教授毛立波说。

为了用于生物医学应用，甲壳素水凝胶必须具有生物安全性并具有适当的机械强度和化学稳定性。它必须能够抵抗生物污染，生物污染可能导致人体内的炎症反应或免疫排斥。对于商业用途，甲壳素水凝胶还必须是低成本且可扩展的。

由于甲壳素在许多溶剂中不溶以及从溶液中再生的甲壳素链长缩短，因此制造强甲壳素水凝胶面临着挑战。生物聚合物水凝胶通常通过两步过程制备：生物聚合物的溶解和随后的凝胶化。然而，由于聚合物链之间存在大量的分子间和分子内氢键，甲壳素不溶于水或其他常见溶剂。该团队通过对甲壳素(一种甲壳素的水溶性脱乙酰衍生物)进行化学转化，制造出具有仿生结构的甲壳素水凝胶来应对这一挑战。

在酸存在下，壳聚糖很容易溶解在水中。这些壳聚糖水凝胶可以被赋予不同的微观结构。然而，它们在机械或化学上不稳定。通过使用交联剂来改进它们的尝试引起了生物安全问题。

该团队通过乙酰化化学反应成功制造了化学稳定且防污的甲壳素水凝胶。通过乙酰化过程，团队获得的甲壳素水凝胶具有出色的抗溶胀、降解、极端温度和pH条件以及有机溶剂的性能。

研究小组还了解到，通过用冰晶模板化壳聚糖前体，他们可以生产具有不同仿生结构的甲壳素水凝胶。这些结构可以是珍珠质状或木材状，具体取决于壳聚糖前体使用的冷冻方法。

该团队开发的甲壳素水凝胶具有优异的机械性能，同时保留了高含水量。它还表现出优异的防污性能，抵抗蛋白质、细菌、血液和细胞的粘附。

“除了甲壳素特有的许多优点之外，我们获得的水凝胶材料机械强度高且坚固。此外，水凝胶可以加工成不同的形状和结构。这些保证了甲壳素水凝胶的实际应用。”毛说。

展望未来，该团队的下一步是进一步提高甲壳素水凝胶的机械性能，并通过体内 实验探索其生物医学应用。“我们预计通过这种策略可以制造各种基于甲壳素的水凝胶材料，并用于不同的临床应用，例如软骨替代、骨替代、伤口敷料甚至人造器官，”毛说。

研究团队包括来自中国科学技术大学的刘瑞瑞、孟玉峰、毛立波和余书红;以及来自安徽省医科大学的施倩倩和周勇。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、安徽省教育厅重点科研基金项目的资助。

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