基于AlCl3/ZnCl2水体系高效构建纤维素/聚丙烯酰胺双网络水凝胶及其性能研究

近年来,具有优异机械性能、抗冻性能的离子导电水凝胶在人工智能、生物医药、柔性传感等领域受到了极大关注。本课题选取AlCl₃/ZnCl₂水体系作为纤维素原料的温和溶剂溶解纤维素,利用溶剂体系固有的金属离子引发丙烯酰胺单体的聚合反应,使聚丙烯酰胺网络与纤维素网络紧密搭接,制备得到纤维素基聚丙烯酰胺双网络水凝胶。通过控制丙烯酰胺与纤维素的交联比例实现对水凝胶机械性能和电化学性能等调控。研究结果表明,AlCl₃/ZnCl₂水体系中的金属离子赋予了水凝胶良好的抗冻性能（可在-45 ℃环境下正常工作）和导电性能（电导率可达2.04 S/m）,聚丙烯酰胺第二层聚合网络的巧妙搭建有效提高了水凝胶的机械属性,在60%的应变条件下,10次压缩循环测试中表现出良好的弹性性能。此外,制备的水凝胶与不同介质界面均存在较强的黏附作用。     

起绒织物心电电极的制备及其应用

Ag/AgCl凝胶电极广泛应用于可穿戴心电测量领域,但随时间推移,凝胶逐渐风干,导致其导电性能变差。针对此问题制备了可替代其作用的起绒织物心电电极。以纯涤纶起绒纱线为基底,先采用原位聚合聚苯胺,再进行化学镀银,在纱线绒毛的表面沉积银单质制得导电纱,再用导电纱手工制备起绒织物心电电极。利用扫描电子显微镜和红外光谱对纤维表面形貌和化学组成进行了表征,测试了皮肤-电极阻抗性能和心电信号及皮肤-电极阻抗随时间的变化,评价了该电极电性能的稳定性。结果表明:在纤维表面成功沉积了可还原银离子的聚苯胺薄层,且纤维表面的镀银层致密均匀;在电学性能和心电信号测试结果中,起绒织物电极的皮肤-电极阻抗在5~500 Hz频率范围内小于1MΩ·cm^2,数值为0.65MΩ·cm^2;心电信号可分辨QRS波群以及T波心电特征波,而P波显示不清;该电极与皮肤的阻抗在4 h内保持相对稳定,在一定程度上反映了该电极可应用于可穿戴心电测量设备。     

羧甲基纤维素导电水凝胶的制备和应用研究进展

羧甲基纤维素作为纤维素的重要衍生物,具有来源广泛、价格低廉、环境友好等特点,备受关注。本文简要介绍了羧甲基纤维素导电水凝胶的物理和化学制备方法,阐述了羧甲基纤维素导电水凝胶的机械性能、导电性、应变敏感性、自黏附性、自愈性、生物相容性、抗冻保水性等特性,重点论述了羧甲基纤维素导电水凝胶在传感器、超级电容器和电池领域的应用,归纳总结了羧甲基纤维素导电水凝胶遇到的挑战,展望了羧甲基纤维素导电水凝胶未来的发展方向,为羧甲基纤维素的高值化利用提供了一定的依据。     

原位聚合制备半纤维素基聚吡咯导电水凝胶

以半纤维素水凝胶为基材,化学氧化法原位引发吡咯聚合,制备具有导电性能的半纤维素/聚吡咯复合水凝胶,对其化学结构和微观形貌进行表征,并分析其流变学性能和导电性能。结果表明,半纤维素水凝胶与聚吡咯成功复合,得到的导电水凝胶具有稳定的大孔结构,吸水能力强,平衡溶胀度为420%;弹性较高,表现出典型的固体本质属性和一定的假塑性流体性质;具有良好的电学性能,直流电导率达5.6×10~(-3) S/cm,其交流阻抗具有明显的频率依赖性。     

交联壳聚糖水凝胶的分子结构差异与其控释性能关系

为了提高活性物质的生物利用度,该研究以三聚磷酸钠(TPP)或六偏磷酸钠(SHMP)为交联剂,制备具有不同微观结构的壳聚糖基水凝胶,探讨其控释性能,并通过红外光谱、X-射线衍射和热重分析对水凝胶结构进行分析。热重分析结果表明,壳聚糖上的氨基与交联剂磷酸基团之间通过氢键进行交联,提高了壳聚糖水凝胶的热稳定性。同时,与TPP相比,SHMP为壳聚糖链段与阴离子基团间的结合提供更多静电作用位点,使得SHMP交联壳聚糖水凝胶在1530 cm^-1附近表现出强的特征峰。此外,TPP交联水凝胶的溶胀性能优于SHMP交联水凝胶,但在体外模拟消化实验中,由于胃肠道的生理环境以及交联壳聚糖水凝胶的微观结构随p H的改变,SHMP交联水凝胶的活性蛋白累积释放率(30.47%~50.27%之间)小于TPP交联水凝胶(59.90%~76.57%之间)。通过控制交联过程中壳聚糖与交联剂的质量比,可改变交联壳聚糖水凝胶分子结构,调控壳聚糖分子链段的溶解/溶胀行为,从而影响水凝胶的控释性能。该研究结果可为壳聚糖载体材料的选用、缓释及改善活性蛋白类功能因子的生物利用情况提供一定的参考。     

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。     

海藻酸钠/壳聚糖气凝胶对酸面团来源植物乳杆菌的包埋分析

以乳液为模板,利用层层自组装制备海藻酸钠/壳聚糖气凝胶对酸面团来源的植物乳杆菌T17进行包埋。结果表明:海藻酸钠/壳聚糖(ALC)和乳液模板海藻酸钠/壳聚糖气凝胶(EAC)对植物乳杆菌T17的有效载量分别为1.19×107CFU/g和5.57×107CFU/g。红外光谱分析表明,海藻酸钠与壳聚糖之间通过静电相互作用实现层层吸附,而以乳液为模板的气凝胶中乳清分离蛋白与海藻酸钠间发生较强的静电相互作用,使得颗粒具有更紧密的结构。扫描电镜观察发现,以乳液为模板的气凝胶颗粒表面更为光滑。冷冻干燥过程中EAC对植物乳杆菌T17有更好的保护效果。在储存稳定性评估中,4℃条件下ALC和EAC储存5周后分别下降0.88 lg(CFU/g)和0.36 lg(CFU/g),而-20℃储存5周菌体数量均无明显下降,说明海藻酸钠/壳聚糖气凝胶对植物乳杆菌有良好的包埋和保护效果,而以乳液为模板的气凝胶储存稳定性更高。     

PVA/BC/LiCl复合水凝胶的制备及性能

为了探讨聚乙烯醇(PVA)/细菌纤维素(BC)/氯化锂(LiCl)复合水凝胶的制备及性能，以PVA作为水凝胶基质材料，BC作为增强材料，LiCl为导电物质，甘油-水混合物为溶剂，采用溶胶-凝胶法制备了PVA/BC/LiCl复合水凝胶材料，并对水凝胶材料的形貌结构、力学性能和电导率进行测试。结果表明：加入BC可以有效提高水凝胶的力学性能，加入LiCl可以明显提高水凝胶的电导率；PVA/BC/LiCl复合水凝胶具有良好的导电性能和力学性能。     

辐照法制备蚕丝基凝胶电解质的结构及其性能

基于惰性气氛下,采用伽马射线对脱胶蚕丝和聚丙烯腈(PAN)辐照处理,制备了一种蚕丝基凝胶电解质(SB-GPE)。并用傅里叶红外光谱和X射线衍射分析SB-GPE结构特征,研究了不同配比对PAN与蚕丝对SB-GPE的溶胀性能、导电性能及抗冻性能的变化。结果表明:PAN和脱胶蚕丝通过辐照交联形成了新的化学结构,当PAN与蚕丝的质量比为1∶1时,电化学双层电容器的溶胀比达到最高44,电导率2.1×10^-3 S/cm,抗冻性能优异。该研究可拓宽电化学双层电容器应用领域和范围,因而具有重要的意义。     

负载花色苷的壳聚糖-水杨醛水凝胶的制备及性能

在蓝莓花色苷(ACNs)存在下,以水杨醛为交联剂原位构筑了负载ACNs的壳聚糖水凝胶(ACNs/CS-SA),表征了其结构和形貌,研究了其稳定性、溶胀性能和缓释性能。FT-IR和XRD表征结果表明ACNs通过物理包埋均匀分散在水凝胶三维网络结构中;TG-DTG表征结果表明凝胶包埋显著提高了ACNs的热稳定性;ACNs/CS-SA的溶胀性能和缓释性能均展现出pH响应性;在pH2.7、4.6、6.7介质中,ACNs/CS-SA 24 h累计释药率分别为74.28%±4.58%、40.72%±4.04%和15.70%±1.71%;释放过程符合Weibull方程,R²分别为0.99405、0.95165和0.99712。鉴于ACNs/CS-SA的pH响应性能和对ACNs热稳定性的提高,本研究有望为新型药物包封材料的开发和ACNs的应用提供理论和实验基础。     

2,7-二乙酯-3,6,10,11-四丁氧基苯并菲的合成及表征

采用邻苯二酚、溴代正丁烷为原料合成了以苯并菲为基元的盘状液晶化合物2,7-二乙酯-3,6,10,11-四丁氧基苯并菲。通过核磁共振氢谱、傅立叶红外光谱等手段确认其化学结构;通过偏光显微镜、示差量热仪对该化合物的液晶性能进行表征,发现该化合物在152~196.9℃具有液晶性。     

不同形式壳聚糖基水凝胶的微观结构与控释性能对比

本文采用离子交联和巯基化两种不同方式改性壳聚糖,制备载有活性蛋白的壳聚糖水凝胶。通过红外光谱、粒径/zeta电位分析、透射电镜、扫描电镜、模拟消化实验等手段,探讨了其微观结构和控释性能。实验结果发现,由于分子间氢键作用,p H值、CS:TPP质量比以及BSA浓度等对交联壳聚糖水凝胶的蛋白包载率影响明显,而由于巯基的引入,使得巯基化壳聚糖水凝胶在酸性环境下具有较小的粒径(平均409.61 nm)和较低的表面电势(平均-0.67 mV)。壳聚糖基材料微观结构的变化进而影响其水凝胶的控释性能。模拟消化实验显示,交联壳聚糖水凝胶在模拟胃液中出现突释现象,在运送至结肠前,已有44.76%的活性蛋白释放,而巯基化壳聚糖水凝胶在模拟上消化道环境中释放缓慢,仅有8.42%的活性蛋白释放,运转至模拟结肠,活性蛋白释放速度逐渐增加,呈现持续释放的效果,约有34.53%的BSA逐渐释放在结肠中。因此,巯基化壳聚糖基水凝胶具有更好的控释性能,这对活性蛋白的生物利用改善具有重要作用。     

壳聚糖镍配合物对尿素吸附性能研究

合成了壳聚糖和金属元素Ni的配合物,通过红外光谱(IR)和紫外吸收光谱做了表征,并研究了壳聚糖-Ni对尿素的吸附性能,探讨了尿素初始质量浓度、反应pH、温度及时间对吸附量的影响。结果发现,壳聚糖-Ni配合物对尿素具有很好的吸附能力,当尿素溶液的初始浓度为3.5mg/mL,反应温度为20℃,pH为6.0,反应时间为10h时,壳聚糖-Ni对尿素的吸附性能最好。     

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。     

载柚皮素的海藻酸钠/壳聚糖复合水凝胶

以海藻酸钠(SA)、羧甲基壳聚糖(CMCS)和柚皮素天然可降解的高聚物为原料,制备了复合水凝胶,对其微观形貌、力学性能、溶胀降解行为等进行表征与分析,为后续功能水凝胶材料的设计、制备和性能研究打下基础。     

反应性壳聚糖季铵盐的合成及其在柞丝绸抗菌整理上的应用

为提高壳聚糖的水溶性,并增强其与纤维之间的结合力,采用壳聚糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应, 合成了水溶性的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(壳聚糖季铵盐),再将壳聚糖季铵盐与N-羟甲基丙烯酰胺进一步反应,合成了带有纤维反应性基团的水溶性O-甲基丙烯酰胺壳聚糖季铵盐（反应性壳聚糖季铵盐）,用傅里叶红外光谱表征了所合成的壳聚糖季铵盐、反应性壳聚糖季铵盐和处理前后柞蚕丝的结构, 研究了经反应性壳聚糖季铵盐整理后柞丝绸的抗菌性能。结果表明：经整理的柞丝绸洗涤20次后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均高于90%。     

壳聚糖/琼脂糖双组份水凝胶的制备及其保湿缓释性能研究

在1%的柠檬酸存在条件下,将一定量的壳聚糖和琼脂糖通过加热-冷却操作,本文成功制备了一类新型壳聚糖/琼脂糖双组份水凝胶。之后对该凝胶进行包括相变温度、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、流变学测试等一系列详细表征。研究表明壳聚糖比例越低、凝胶剂浓度越大,所制备的双组份水凝胶相变温度越高、稳定性越好。电镜结果表明该双组分凝胶材料具有疏松多孔的结构。随后将水凝胶冷冻干燥后制成干凝胶粉末,通过制粒技术将干凝胶粉末制备成干凝胶颗粒。在高温干燥环境下,干凝胶颗粒所吸附的水分可以逐步释放到环境中,从而起到持续、缓释保湿效果,在包装食品保湿、改善食品口味方面具有较好的应用前景。结合干凝胶颗粒水汽吸附实验和热重分析,本文提出了相应干凝胶颗粒的保湿机理。     

基于pH调节的CMCS-PMMS/PAAm复合水凝胶的构筑与性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸/二氧化硅(Poly(MMA/MAA)/SiO2,PMMS)、羧甲基壳聚糖(CMCS)、丙烯酰胺(AAm)为原料,EDC/NHS为催化剂,通过调节体系pH值和自由基聚合反应制备了系列CMCS-PMMS/PAAm复合水凝胶,并对其流变性能、力学性能、溶胀性能、导电性能及生物相容性进行研究.结...     

超疏水弹性丝素蛋白纤维气凝胶的制备及其吸油性能

为提升丝素蛋白(SF)气凝胶力学弹性，以SF微-纳米纤维(SMNF)为前驱体，通过冷冻干燥和硅烷改性策略成功构筑了超疏水高弹性SMNF气凝胶(简称MS气凝胶),并对其微观结构和力学性能进行测试表征，系统研究了MS气凝胶的吸油性能。结果表明：MS气凝胶的网络骨架由微-纳米纤维组装而成，并具有分级多孔的胞腔结构，这赋予气凝胶超低的密度(5.36 mg/cm³)和超高的孔隙率(99.63%);此外，MS气凝胶还表现出优异的力学性能，在80%纵向压缩应变下的最大应力为15.72 kPa, 100次循环压缩后气凝胶保留了81%以上的初始相对高度。能量色散光谱和红外光谱分析证实：硅烷改性后气凝胶的表面形成了硅氧烷网络结构，使其具有超疏水特征(水接触角为150.9°);MS气凝胶对氯仿的吸收能力为188.75 g/g,并具有优良的循环使用性能。     

壳聚糖硅杂化体系对羊毛结构及染色性能的影响

以硅偶联剂环氧丙基三甲氧基硅氧烷(KH560)作为交联剂,采用溶胶-凝胶法制备了壳聚糖/氨基磺酸硅杂化体系,并对羊毛进行处理。用红外光谱、X-射线衍射、热分析、SEM对处理羊毛进行结构表征,并研究处理工艺条件对羊毛染色性能的影响。结果表明:通过壳聚糖/氨基磺酸硅杂化体系处理羊毛,表面形成了一层含氨基官能团的薄膜,有利于对染料的吸附,并且处理后羊毛的热性能增强。与未处理羊毛相比,处理羊毛的染色性能大大提高。当处理条件为CS/AS的质量比为1∶2,KH560用量为3%(owf),浸渍时间为90 min,羊毛可获得比较高的表观色深度K/S值。