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N-马来酰化壳聚糖交联温敏性水凝胶的合成和性质研究

作　者: 许洋
导　师: 于跃芹
学　校: 青岛科技大学
专　业: 物理化学
关键词: 壳聚糖 N-异丙基丙烯酰胺水凝胶温敏性 pH敏感性可生物降解性
分类号: O648.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

智能水凝胶是在水中溶胀而不溶解的交联网络状高分子聚合物,是对外界刺激如温度、pH值、光、离子强度、磁场等能产生敏感响应性行为的一类水凝胶。尤其温度及pH敏感性水凝胶,其溶胀/退溶胀行为受环境温度及pH值控制,在生物、医药及组织工程领域具有潜在的应用前景。由于聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)类温敏性水凝胶相转变温度(32°C附近)与人体的生理温度相近,一直受到人们极大的关注。壳聚糖具有生物相容性好、易生物降解、无毒、环境友好等特性,在生物医学领域中有着广泛的用途。本文采用壳聚糖与马来酸酐的酰化反应,合成水溶性可降解的N-马来酰化壳聚糖(N-malely chitosan, N-MACH),以N-MACH为交联剂、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和衣康酸(IA)为单体原料,合成系列具有温度和pH值敏感性可生物降解的聚N-异丙基丙烯酰胺/衣康酸P(NIPAAm/IA)水凝胶。研究了水凝胶的温敏性、pH敏感性、溶胀性、溶胀动力学、退溶胀动力学、热力学稳定性和水凝胶结构形态,并对水凝胶样品的可生物降解性做了初步的研究。1、N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶中交联剂用量对水凝胶的体积相变温度(Volume Phase Trnasition Temperature,VPTT)值无显著影响,VPTT值随着衣康酸用量的增加而逐渐增大。2、在25°C时,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在模拟肠液PBS(pH = 7.4)溶液、蒸馏水和模拟胃液(pH = 1.2)中的饱和溶胀率基本上均大于15 g/g;在37°C时,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在上述三种介质中的溶胀率均比25°C低。随着衣康酸用量的增加,水凝胶的饱和溶胀率逐渐增大。随着交联剂用量的增加,水凝胶的饱和溶胀率逐渐减小。3、N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶的饱和溶胀率随着缓冲溶液pH值的增大呈现出先减小后增大的趋势,即在酸性和碱性缓冲溶液中饱和溶胀率较大,而在中性缓冲溶液中较低,因此具有明显的pH值敏感性。4、在25°C时,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在蒸馏水和PBS(pH = 7.4)缓冲溶液中具有快速的溶胀速度,在8 h左右溶胀达到平衡。随着交联剂用量的增加,水凝胶的溶胀速率和饱和溶胀率不断减小。5、N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在45°C PBS(pH = 7.4)缓冲溶液中可快速收缩失水发生退溶胀现象。水凝胶样品的退溶胀速率随结构中衣康酸和交联剂用量的增加而下降。6、水凝胶的热失重分析表明,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶具有良好的热解稳定性。7、通过扫描电镜观察得知,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶具有较大的孔径结构,有利于水分子的自由进出。随着交联剂用量的增加,水凝胶的结构变得较致密。8、在37°C下,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在PBS(pH = 7.4)缓冲溶液中的自然降解速度较慢,降解程度较低。水凝胶自然降解的速度与程度随着交联剂和衣康酸用量的增加而降低。9、在37°C下,N-MACH交联P(NIPAAm-co-IA)水凝胶在溶菌酶溶液中较短时间内有较大程度的降解。水凝胶降解的速度与程度也随着交联剂和衣康酸用量的增加而降低。表明在水凝胶体系中引入壳聚糖交联剂能够较大程度地提高水凝胶的生物降解性能,有望将其应用于生物工程材料领域。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章前言  11-27
  1.1 智能材料与水凝胶  11-12
  1.2 智能水凝胶的常见类型  12-17
    1.2.1 温敏性水凝胶  13-14
    1.2.2 pH敏感性水凝胶  14-15
    1.2.3 光敏感性水凝胶  15-16
    1.2.4 电敏感性水凝胶  16
    1.2.5 化学敏感性水凝胶  16
    1.2.6 盐敏性水凝胶  16-17
  1.3 智能水凝胶的体积相转变  17-18
  1.4 水凝胶的溶胀机理  18
  1.5 水凝胶材料的制备方法  18-21
    1.5.1 交联聚合  18-20
    1.5.2 接枝共聚  20
    1.5.3 互穿网络  20-21
  1.6 智能水凝胶的应用  21-24
    1.6.1 物质的浓缩与分离  21
    1.6.2 酶的固定  21-22
    1.6.3 化学阀与化学膜  22
    1.6.4 药物缓释  22-23
    1.6.5 在组织工程方面的应用  23-24
  1.7 选题背景  24-27
第二章 N-马来酰化壳聚糖交联温敏性P(NIPAAm-co-IA)水凝胶的制备与性质  27-52
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-31
    2.2.1 主要实验仪器  28
    2.2.2 主要实验药品  28-29
    2.2.3 N-马来酰化壳聚糖交联剂的制备  29
    2.2.4 N-马来酰化壳聚糖交联剂的结构表征  29
    2.2.5 P(NIPAAm-co-IA)水凝胶的合成  29
    2.2.6 水凝胶温敏性质的测定  29-30
    2.2.7 水凝胶pH敏感性能的测定  30
    2.2.8 水凝胶饱和溶胀性能的测定  30
    2.2.9 水凝胶溶胀动力学研究  30-31
    2.2.10 水凝胶退溶胀动力学研究  31
  2.3 结果与讨论  31-50
    2.3.1 N-马来酰化壳聚糖交联剂的制备  31-32
    2.3.2 交联剂的结构表征  32-33
    2.3.3 水凝胶的合成  33-34
    2.3.4 水凝胶温敏性研究  34-38
    2.3.5 水凝胶pH敏感性能研究  38-41
    2.3.6 水凝胶的饱和溶胀性能研究  41-44
    2.3.7 水凝胶的溶胀动力学研究  44-48
    2.3.8 水凝胶退溶胀动力学研究  48-50
  2.4 本章小结  50-52
第三章 P(NIPAAm-co-IA)水凝胶稳定性、形态结构和生物降解性能研究  52-61
  3.1 引言  52-53
  3.2 实验部分  53-54
    3.2.1 主要实验仪器  53
    3.2.2 实验试剂  53
    3.2.3 水凝胶的热力学稳定性测试  53
    3.2.4 水凝胶的结构形态观察  53
    3.2.5 水凝胶的可生物降解性研究  53-54
  3.3 结果与讨论  54-60
    3.3.1 水凝胶的热力学稳定性  54-55
    3.3.2 水凝胶的结构形态研究  55
    3.3.3 水凝胶的可生物降解性研究  55-60
  3.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读学位期间已发表和待发表的相关学位论文题录  70-71

N-马来酰化壳聚糖交联温敏性水凝胶的合成和性质研究

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