PNIPA/Fe3O4复合水凝胶的辐照制备与表征

论文摘要

水凝胶是亲水性而又不溶于水的、具有三维网络结构的高分子材料。智能水凝胶是对外界刺激如温度、pH值、光、离子强度、磁场和电场等能产生敏感响应行为的一类水凝胶。由于智能型水凝胶的这种独特响应性,其在药物控制释放、传感器、记忆元件开关、组织工程等方面具有很好的应用前景。磁性水凝胶可用在药物控制释放、靶向释药等领域。传统方法合成方法大多数采用的是化学引发法,产物中存在引发剂残留。本工作运用辐照聚合的方法制备PNIPA/Fe3O4磁性复合水凝胶,其具有温度敏感性和磁响应性。本工作以N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）作为温敏性聚合单体,以Fe3O4为磁源,采用60Coγ-射线辐照引发聚合方法制备了PNIPA/Fe3O4磁性复合水凝胶。研究了磁性复合水凝胶的溶胀性能、磁性能等。研究发现纳米Fe3O4磁性粒子的加入,降低了水凝胶的平衡溶胀率。为了在赋予水凝胶磁性能的同时,而不削减其溶胀性能,本工作辐照引发聚合方法制备了PNIPA/Fe3O4磁性多孔复合水凝胶。研究了多孔水凝胶的溶胀性能,探讨其溶胀机理。研究磁性复合水凝胶、多孔复合水凝胶溶胀性能同时,对他们的释药性能进行了研究。主要研究内容和结论如下:（1）运用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4磁性粒子,柠檬酸钠改性Fe3O4磁性粒子。运用XRD分析产物结构可知,制备的Fe3O4呈尖晶石结构,由Debye-Scherrer方程计算得产物粒径约为30nm,成功制备了纳米Fe3O4磁性粒子。运用FT-IR表征了柠檬酸钠改性前后的Fe3O4磁性粒子,改性后Fe3O4磁性粒子谱图中,在2980cm-1处的吸收峰为-CH2的伸缩振动,879cm-1、1046cm-1处为C-O单键伸缩振动。这说明运用柠檬酸钠对Fe3O4磁性粒子进行了有效改性。运用PPMS测试系统测试了自制纳米Fe3O4的磁性,确定了Fe3O4的磁滞回线。自制纳米磁性Fe3O4粒子的磁滞回线均无矫顽力和剩余磁化强度,具有超顺磁性,饱和磁化强度Ms达约65emu/g。（2）分别在8kGy、15kGy和22kGy剂量下,在辐射剂量率为5kGy/h处,成功辐照制备了PNIPA水凝胶、PNIPA/Fe3O4复合水凝胶。得到纳米磁性Fe3O4粒子分散均匀的PNIPA/Fe3O4复合水凝胶。随辐照剂量的增强,水凝胶凝胶分数增大。Fe3O4的加入降低了水凝胶的平衡溶胀率,但对水凝胶最低临界相转变温度基本没有影响。且随Fe3O4含量的增加,复合水凝胶的平衡溶胀率降低。随辐照剂量的增大,复合水凝胶的压缩强度增大,Fe3O4的加入对水凝胶的压缩强度影响不大。运用PPMS测试系统测试了复合水凝胶的磁性,外加磁场-20000Oe＜H＜20000Oe,室温25℃下。复合水凝胶具有磁响应性,复合水凝胶的饱和磁化强度Ms随Fe3O4含量增加而增大。（3）加入成孔剂PEG辐照制备了多孔的磁性复合水凝胶。复合水凝胶具有明显的孔结构,复合水凝胶出现孔径大小不一的孔洞。最大孔径约为40μm。成孔剂PEG的加入,提高了复合水凝胶的平衡溶胀率,随成孔剂含量的增大,水凝胶的平衡溶胀率提高,当成孔剂含量达20%时,平衡溶胀率提高了约32%。成孔剂的加入,使水凝胶最低临界相转变温度由约33℃提高至37℃,使PNIPA、PNIPA/Fe3O4复合水凝胶失水率分别提高约52%、75%。成孔剂分子量大小对水凝胶溶胀性能基本没有影响。（4） Fe3O4的加入,降低了普通水凝胶的释药量和在释药初期的释药率,但没有改变释药达到平衡的时间,基本在释药4h后达到平衡。成孔剂的加入明显提高了水凝胶的释药量,普通水凝胶在释药4h后释药量基本达到平衡,多孔水凝胶释药量一直缓慢增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 磁性复合水凝胶的研究进展及本工作的设计思路
• 1.1 智能水凝胶
• 1.1.1 温度敏感水凝胶
• 1.1.2 pH敏感水凝胶
• 1.1.3 光响应性水凝胶
• 1.1.4 磁场响应性水凝胶
• 1.1.5 电场响应水凝胶
• 1.1.6 即型凝胶
• 1.2 磁性水凝胶
• 1.2.1 磁性聚合物微球的结构
• 1.2.2 磁性聚合物微球的制备
• 1.2.3 磁性水凝胶的应用
• 1.2.4 目前存在的问题
• 1.3 本工作的设计思路及研究的主要内容
• 3O₄磁性粒子的制备与表征'>第二章 Fe₃O₄磁性粒子的制备与表征
• 2.1 实验原料及实验仪器
• 3O₄的制备及改性'>2.2 Fe₃O₄的制备及改性
• 3O₄的制备'>2.2.1 Fe₃O₄的制备
• 3O₄的改性'>2.2.2 Fe₃O₄的改性
• 2.3 结果与讨论
• 3O₄结构分析'>2.3.1 Fe₃O₄结构分析
• 3O₄粒子改性效果表征'>2.3.2 Fe₃O₄粒子改性效果表征
• 3O₄粒子磁性分析'>2.3.3 Fe₃O₄粒子磁性分析
• 2.4 小结
• 3O₄复合凝胶辐射制备与性能研究'>第三章 PNIPA/Fe₃O₄复合凝胶辐射制备与性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料及仪器
• 3.1.2 实验内容
• 3.2 结果与讨论
• 3O₄磁性粒子在复合水凝胶中的分散'>3.2.1 Fe₃O₄磁性粒子在复合水凝胶中的分散
• 3.2.2 凝胶分数测定
• 3O₄复合水凝胶溶胀性能'>3.2.3 PNIPA、PNIPA/Fe₃O₄复合水凝胶溶胀性能
• 3.2.4 辐照剂量对复合水凝胶力学性能影响
• 3O₄粒子性能影响'>3.2.5 辐照对复合水凝胶中Fe₃O₄粒子性能影响
• 3.2.6 复合水凝胶磁性分析
• 3.3 小结
• 3O₄多孔复合凝胶辐射制备与表征'>第四章 PNIPA/Fe₃O₄多孔复合凝胶辐射制备与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料及仪器
• 4.1.2 实验内容
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 磁性多孔复合水凝胶的孔结构分析
• 4.2.2 成孔剂去除效果分析
• 4.2.3 成孔剂PEG含量对多孔水凝胶溶胀性能影响
• 4.2.4 成孔剂PEG分子量对磁性多孔复合水凝胶溶胀性能的影响
• 4.3 小结
• 3O₄复合凝胶药物缓释性能初步研究'>第五章 PNIPA/Fe₃O₄复合凝胶药物缓释性能初步研究
• 5.1 实验原料及实验仪器
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 PBS溶液（pH=7.4）的配制
• 5.2.2 阿司匹林紫外测试波长的选择
• 5.2.3 阿司匹林的标准曲线
• 5.2.4 凝胶药物释药性能的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 阿司匹林的标准曲线确定
• 3O₄磁性复合水凝胶药物缓释性能的测试'>5.3.2 PNIPA/Fe₃O₄磁性复合水凝胶药物缓释性能的测试
• 5.3.3 PNIPA多孔水凝胶缓释性能的测试
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 研究生期间发表论文
• 致谢