胶原基复合水凝胶的制备与表征(Ⅱ)——结构性能分析与生物学评价

通过物理交联和化学交联并用的方式制备胶原基复合水凝胶。通过红外光谱(FT-IR)、差示量热扫描(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)观察等手段,对胶原基复合水凝胶的基团组成、结晶度、结构及形貌等情况进行分析。FT-IR结果表明:水凝胶中的基团组成符合原料组成的特点,能够定性判断聚乙烯醇与胶原形成共价交联。DSC法计算的水凝胶中结晶度为27.5%左右。XRD分析中出现了聚乙烯醇的特征吸收峰,验证其晶体结构的存在。SEM结果显示胶原基复合水凝胶具有多孔结构。同时,水凝胶的溶胀特性、透水汽性良好。细胞毒性试验表明,胶原的存在能够促进成纤维细胞的生长,细胞毒性等级为0~1级,符合医用创面敷料的基本要求。     

胶原基复合水凝胶的制备与表征(Ⅱ)(续)——结构性能分析与生物学评价

通过物理交联和化学交联并用的方式制备胶原基复合水凝胶。通过红外光谱(FT-IR)、差示量热扫描(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)观察等手段,对胶原基复合水凝胶的基团组成、结晶度、结构及形貌等情况进行分析。FT-IR结果表明:水凝胶中的基团组成符合原料组成的特点,能够定性判断聚乙烯醇与胶原形成共价交联。DSC法计算的水凝胶中结晶度为27.5%左右。XRD分析中出现了聚乙烯醇的特征吸收峰,验证其晶体结构的存在。SEM结果显示胶原基复合水凝胶具有多孔结构。同时,水凝胶的溶胀特性、透水汽性良好。细胞毒性试验表明,胶原的存在能够促进成纤维细胞的生长,细胞毒性等级为0~1级,符合医用创面敷料的基本要求。     

聚天冬氨酸基纤维水凝胶的制备及其释药性能

为开发具有pH值敏感性的药物缓释体系,以pH值敏感型材料聚天冬氨酸(PASP)的中间体聚琥珀酰亚胺(PSI)和热塑性聚氨酯(TPU)为纺丝原料,以5-氟尿嘧啶为药物模型,采用同轴静电纺丝法制备皮芯结构PSI/TPU纤维膜,通过后处理制得PASP/TPU纤维水凝胶载药体系。探究纺丝参数、后处理工艺对纤维膜形貌结构、化学结构、力学性能和溶胀性能的影响,并分析了药物体外释放行为。结果表明:PSI/TPU纤维膜经交联、水解反应可形成PASP/TPU纤维水凝胶,随着同轴纺丝过程中内层TPU流速的增加,PASP/TPU纤维水凝胶的芯层变厚,力学性能增加,溶胀性能变差;PASP/TPU纤维水凝胶具有pH值敏感性,溶胀倍率随pH值升高而增加;PASP/TPU纤维水凝胶的药物体外释放速率随缓释介质pH值的不同而发生变化。     

木薯淀粉水凝胶的制备及表征

采用木薯淀粉接枝丙烯酰胺,以淀粉为骨架,接枝上丙烯酰胺支链,以期形成具有敏感性的空间网状大分子结构水凝胶。以木薯淀粉为原料,丙烯酰胺为单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵为引发剂,制备具有高溶胀性能的木薯淀粉基水凝胶,研究了水凝胶对温度pH的敏感特性。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等现代分析测试手段对其进行表征。实验结果表明:当木薯淀粉用量为1 g,丙烯酰胺用量为5 g,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为0.06 g,过硫酸铵0.03 g时,制得的木薯淀粉水凝胶吸水倍率较高。表征结果证明已成功制备木薯淀粉水凝胶。水凝胶溶胀平衡比会随着温度以及pH的改变而改变,溶胀比在35 ℃时达到最大,在pH为12.24碱性条件下溶胀性达到最高,表明制备的水凝胶具有温度与pH双敏感性。该水凝胶良好的溶胀性能可以使其用于重金属离子吸附、生物医药等领域,应用价值较高。     

纤维素基水凝胶的溶胀动力学研究

以纤维素为骨架,丙烯酸(AA)为单体,采用接枝共聚方法在85%磷酸溶液反应介质中合成了pH值敏感水凝胶(C-g-AA)。主要研究了C-g-AA水凝胶的pH值敏感性及在不同pH值溶液(pH值分别为1.15,6.86,11.05)中的溶胀可逆性和溶胀动力学行为,并与在去离子水中的溶胀行为进行对比。结果表明,C-g-AA水凝胶的溶胀比随着凝胶中AA组分的增加而增加,最高可达73%;水凝胶溶胀具有明显的pH值敏感性,当pH值>7时达到溶胀平衡,水凝胶对pH值的溶胀可逆性良好;不同pH值溶液中的溶胀动力学表明,溶胀初期水分子在水凝胶中的扩散行为可用non-Fickian扩散定律来描述,整体溶胀行为满足Schott二级动力学方程,而在去离子水中,水凝胶溶胀初期的扩散特征指数同样保持稳定,但整体溶胀行为却不遵循Schott二级动力学方程。     

魔芋-黄原胶复合凝胶溶胀性能的研究

对以魔芋胶和黄原胶为原料制备的复合凝胶的溶胀性能进行了研究.探讨了温度、pH、氯化钠、乙醇溶液对其溶胀度和溶胀速率的影响,结果表明20～-40℃范围内,凝胶的溶胀度和溶胀速率随着温度的升高而降低;凝胶在碱性溶液中的溶胀度和溶胀速率较中性环境高,但在酸性溶液中比中性环境低;盐溶液、乙醇溶液均抑制凝胶溶胀,凝胶的溶胀度和溶胀速率随着盐浓度和酒精浓度的增大而减小.     

半纤维素基pH响应性水凝胶的制备及其药物控释研究

以从玉米芯中提取的水不溶性半纤维素(wis-AGX)(中性单糖组成为:83. 09%木糖、10. 03%葡萄糖、4. 76%阿拉伯糖、0. 76%半乳糖)为原料,在碱性介质中与丙烯酰胺接枝共聚并适度水解,在半纤维素中引入具有pH响应性的聚丙烯酸(PAA)链段,再将共聚物与聚乙烯醇(PVA)溶液共混后以戊二醛交联制备半纤维素基水凝胶。通过核磁共振仪和傅里叶变换红外光谱仪对该水凝胶的化学结构进行表征,利用扫描电子显微镜对水凝胶的形貌特征进行表征,研究了该水凝胶在去离子水和不同pH值环境下的溶胀行为。结果表明,水凝胶具有明显的pH响应性,且在pH值10时溶胀率最高,可达1210%。此外,水凝胶的溶胀率与羧基含量正相关,与戊二醛用量负相关。以茶碱作为模型药物,探讨了其在模拟胃液(pH值1. 2)和肠液(pH值7. 4)介质中的药物释放行为。在6 h内,担载药物后的水凝胶在模拟肠液中的药物累积释放量可达68%,明显高于其在胃液中51%的药物累积释放量,故此水凝胶有明显的药物缓释作用。     

淀粉-聚乙烯醇-层状硅酸盐黏土水凝胶的结构与性能研究

使用冷冻-解冻循环物理交联制备淀粉-聚乙烯醇-层状硅酸盐黏土(Laponite RD)水凝胶,通过X射线衍射、扫描电镜、差示量热扫描、质构、2次溶胀性研究了淀粉-聚乙烯醇比例对水凝胶的结构与性能的影响。结果表明,在Laponite RD存在下,淀粉-聚乙烯醇比例为10∶10时能形成孔隙比较均匀,具有较高2次溶胀率(146%)的水凝胶。淀粉与PVA分子之间可形成氢键,使得PVA分子的柔顺性下降,影响PVA结晶的完善程度,进而导致熔融温度的下降。淀粉比例的增加,一定程度上削弱了聚乙烯醇分子间的氢键,从而降低了水凝胶的硬度、弹性及凝聚性。     

高强度纳米甲壳素复合淀粉水凝胶的制备及其特性研究

以玉米淀粉为原料制备纳米甲壳素复合淀粉水凝胶,探究复合淀粉水凝胶的微观结构、流变特性、溶胀特性和抑菌性。结果表明：以玉米淀粉质量为基准,当纳米甲壳素添加量为15%时,制备的复合淀粉水凝胶特性效果最好,其硬度提高了约0.5倍;在角频率为20 rad/s时,其储能模量(G′)增加了42.4%;当剪切速率为20 s^-1时,其表观黏度提高了48%。微生物试验表明,在直径2.0 cm范围内,与玉米淀粉水凝胶相比,纳米甲壳素添加量为20%的复合淀粉水凝胶使酿酒酵母菌菌落数减少了70%,大肠杆菌菌落数减少了60%。     

壳聚糖水凝胶的合成及其动态性能研究

以壳聚糖为原料,甲醛作交联剂,在醋酸溶液中合成壳聚糖水凝胶。通过试验优化制备壳聚糖水凝胶的工艺条件,试验结果表明：当壳聚糖量为1g,甲醛体积为0．2mL,凝胶化温度为50℃时。制备得到的水凝胶质量优良。通过水凝胶溶胀行为、水凝胶消溶胀动力学、水凝胶pH脉冲响应以及凝胶形成过程动态监测,结果表明水凝胶具有溶胀度大,在不同pH环境下重复性强,受离子强度影响大等特点,并通过荧光性能的测定为水凝胶的动态微相变机理研究提供试验支持。     

氯离子响应性纳米纤维素荧光水凝胶的构筑

为解决传统PVA复合水凝胶制备过程中使用有毒试剂或需要反复多次冻融能耗高、过程繁琐的问题,以植酸(PA)作为交联剂将荧光纳米纤维素(F-CNCs)与聚乙烯醇(PVA)有机结合,基于多重氢键作用,构建了力学性能好、Cl^-响应灵敏的PVA/F-CNCs/PA纳米纤维素荧光水凝胶。基于F-CNCs优异的力学性能、荧光性能、良好的生物相容性及纳米效应,分析了PVA水凝胶良好的荧光性能及Cl^-响应性。结果表明:当F-CNCs的含量为0.6 g 时,PVA/F-CNCs/PA复合水凝胶的压缩强度提高了150%,且结晶度以及热稳定性均有所提高。PVA/F-CNCs/PA复合水凝胶在低的pH值下对Cl^-敏感,荧光淬灭效率在Cl^-浓度为0~0.2 mol/L范围内呈线性响应,表明制备得到的纳米纤维素荧光水凝胶在Cl^-浓度分析检测、疾病诊断、生物和化学传感器等方面具有潜在应用价值。     

PVA/SS共混膜的制备及性能

采用聚乙烯醇(PVA)制备不同质量分数的PVA膜,并在PVA溶液中加入丝胶(SS)制备了不同质量比的PVA/SS共混膜。采用电子显微镜分析膜的形貌对膜进行厚度测试、拉伸测试以及溶胀性能测试。结果发现,PVA膜和PVA/SS膜成膜性良好。共混膜的厚度随溶质质量的增加先增加后减小。PVA膜的断裂伸长、断裂伸长率、断裂强力随着PVA浓度的增大而增大;PVA/SS共混膜的断裂强力、断裂伸长、断裂伸长率和断裂功随着SS质量分数的增大而增大。PVA膜的溶胀度和溶失度随着PVA质量分数的增大而逐渐减小;随SS质量分数的增大,PVA/SS共混膜溶胀度先增大后减小,溶失度的变化规律并不明显。     

Characteristics of Novel Starch‐based Hydrogels Prepared by UV Photopolymerization of Acryloylated Starch and A Zwitterionic Monomer

New starch‐based hydrogels were prepared by the UV‐induced polymerization of acryloylated starch with the zwitterionic monomer 3‐dimethyl(methacryloyloxyethyl) ammonium propane sulfonate (DMAPS). The swelling kinetics of the resultant hydrogels in distilled water and their equilibrium swelling ratios in aqueous NaCl and CaCl₂ solutions were investigated. With increasing amount of incorporated DMAPS, the formed hydrogel had an enhanced swelling ability in distilled water and in aqueous salt solutions. In particular, antipolyelectrolyte swelling behavior of the hydrogel was observed in aqueous salt solutions.     

两种海藻酸钠基凝胶的溶胀和质构性能

壳聚糖、果胶和海藻酸钠是天然多糖,具有良好的生物相容性和生物可降解性等优点。以CaCl_2为交联剂制备壳聚糖-海藻酸钠水凝胶和果胶-海藻酸钠水凝胶,研究Ca Cl2浓度、多糖质量比(壳聚糖与海藻酸钠、果胶与海藻酸钠)和交联温度对水凝胶在模拟人体胃肠道环境(pH 1.2胃、pH 6.8小肠、pH 7.4结肠缓冲溶液)中溶胀性能的影响。当壳聚糖或果胶和海藻酸钠质量比为1.25∶1、CaCl_2浓度为0.09 mol/L、温度为60℃时,制备的水凝胶在pH 1.2溶液中溶胀率最小,在pH 6.8和pH 7.4溶液中溶胀率较大;结果表明所制备水凝胶具有pH值敏感性。此外,在优化条件下水凝胶具有较好的质构性能。     

Fast‐swelling Superabsorbent Hydrogels from Poly(2‐hydroxy ethyl acrylate‐co‐sodium acrylate) Grafted on Starch

Fast‐swelling highly porous superabsorbent hydrogels were synthesized through a rapid radical polymerization under normal atmospheric conditions. To synthesize a biopolymer‐based superabsorbent hydrogel, 2‐hydroxyethyl acrylate (HEA) and sodium acrylate (AANa) were grafted on the starch backbone in an aqueous solution. The graft copolymerization reaction was carried out in the presence of ammonium persulfate (APS) as an initiator and ‐methylenebisacrylamide (MBA) as a crosslinker in a homogeneous medium. The chemical structure of the hydrogels was confirmed by FT‐IR spectroscopy and thermogravimetric analysis (TGA). The morphology of the samples was examined by scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that with increasing the amount of sodium acrylate both swelling capacity and swelling under load (AUL) were increased. Preliminary swelling and deswelling behaviors of the hydrogels were also studied. The effects of pH and inorganic salt on the swelling behavior of the hydrogels were investigated as well.     

Synthesis and Investigation of Swelling Behavior of Grafted Alginate/Alumina Superabsorbent Composite

In this study a novel alginate‐g‐poly(acrylic acid)/alumina composite was synthesized and characterized. Preparation of the composite hydrogels involved free radical polymerization of a combination of alginate, acrylic acid (AA) and distilled water, in appropriate amounts and N,N‐methylene bisacrylamide (MBA) as crosslinking agent. The composite formation was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopic (FT‐IR). The surface morphologies of the synthesized hydrogels were assessed by scanning electron microscopy. Systematically, the different variables of the graft copolymerization were optimized to achieve maximum swelling capacity. The swelling of superabsorbent hydrogels was measured in various solutions with pH values ranging from 0 to 14. In addition, the pH reversibility, on–off switching behavior, swelling kinetics in distilled water and the absorbency under load (AUL) were investigated.     

米蛋白-海藻酸钠互穿网络水凝胶的制备及性能表征

为满足食品领域目前对于高机械强度水凝胶的需求,本研究以碎米蛋白和海藻酸钠为主要原料,通过热处理和离子交联法制备一种高力学性能的食品级碎米蛋白（RP）-海藻酸钠(SA)互穿聚合物网络（IPN）水凝胶。通过改变米蛋白与海藻酸钠凝胶体系中米蛋白的浓度（80、100、120、140、160 mg/mL）调节IPN水凝胶的力学性能,混合液加热及钙离子交联形成水凝胶后,测定其质构性能、流变性能、白度、溶胀性、含水量等性质。结果表明:随着凝胶体系中碎米蛋白浓度的增大,RP-SA IPN水凝胶的储存模量G'、损耗模量G"和凝胶硬度均增加,当碎米蛋白浓度达到为140 mg/mL时,凝胶硬度增加幅度变小。水凝胶溶胀性先降低后趋于平缓,但水分分布更为均匀。因此,适量的碎米蛋白能对RP-SA IPN水凝胶网络有很好的填充效果,并对水凝胶的形态没有太大的改变,同时可通过调节蛋白的添加量来调节水凝胶的力学性能,该研究为米蛋白在食品领域的应用提供了理论基础。     

Preparation and Properties of Nano-cellulose/Sodium Alginate Composite Hydrogel

Cellulose nanofiber (CNF) was isolated from Okara using deep eutectic solvent (DES) with high-speed stirring. The composite hydrogels obtained by using different proportions of CNF and sodium alginate (SA) had different properties. The CNF/SA composite hydrogels were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy and tested for compression properties, rheological properties, water content, and swelling degree. Physical crosslinking between SA and Ca²⁺, and different degrees of hydrogen bond formation between SA and CNF were observed. The CNF/SA composite hydrogel have great potential as reinforcements in eco-friendly composite hydrogels for diverse applications.