葡萄糖敏感性水凝胶的合成

论文摘要

智能水凝胶是一类能够响应外界环境刺激并发生相应变化的高分子材料,对外界环境刺激的应答能力使其成为研究的热点。其中,葡萄糖敏感性水凝胶具有对溶液中葡萄糖浓度变化产生响应的特性,在临床医学中得到广泛应用。目前所制备的葡萄糖敏感性水凝胶大部分是采用葡萄糖氧化酶（GOD）、伴刀豆球蛋白（ConA）、苯硼酸基团（PBA）作为识别元素。然而,GOD和ConA都是天然蛋白,对环境的改变非常敏感,而且如果暴露在体内会引起免疫反应,存储时间短且不稳定。基于以上对葡萄糖敏感性水凝胶的认识,本论文选用硼酸基团（-B（OH）2）为敏感基元,合成了具有较好葡萄糖敏感性的共聚物水凝胶,对凝胶的合成、葡萄糖敏感性及如何提高凝胶的糖敏感性等方面做了较为详细的研究。首先,以PBA和AA为原料在缩合剂EDAC的作用下,合成凝胶所需的单体3-丙烯酰胺基苯硼酸（AAPBA）。对产物进行元素分析、红外谱图分析和1H NMR谱图分析,结果表明合成所得的晶体产物与AAPBA的结构完全一致。为使缩合剂EDAC表现出最大的缩合系数,调节反应液pH至4.8-5.0范围内。反应在N2保护的条件下搅拌进行,通过对反应液pH的调节可使产物产率提高至47%。其次,以AAPBA与N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）及丙烯酰胺（AAm）为单体合成AAPBA-DMAA-AAm共聚物水凝胶。探讨了交联剂（MBA）、AAPBA的量对凝胶机械性能的影响；考察不同溶剂,如水和DMSO对所合成凝胶的溶胀性能的影响：最后用称重法研究了AAPBA-DMAA-AAm水凝胶对葡萄糖的敏感性。实验结果表明,随葡萄糖溶液浓度从7.0mM增大为11.1mM时,凝胶体积膨胀程度随之增大,响应时间大幅缩短。表现出良好的葡萄糖响应性。最后,为提高AAPBA-DMAA-AAm水凝胶的糖敏感性,用茜素红（ARS）对其进行染色,并在凝胶合成体系中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）以防止染料泄露。对染色后的凝胶进行糖敏感性检测,与未染色前进行对比,凝胶的糖敏感性有了大幅度的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 智能水凝胶分类
• 1.2.1 温敏型水凝胶
• 1.2.2 pH敏感型水凝胶
• 1.2.3 电敏感型水凝胶
• 1.2.4 光敏感型水凝胶
• 1.2.5 生物敏感型水凝胶
• 1.2.6 其他
• 1.3 葡萄糖敏感水凝胶概述
• 1.3.1 GOD类糖敏水凝胶
• 1.3.2 ConA类糖敏水凝胶
• 1.3.3 PBA类糖敏水凝胶
• 1.4 葡萄糖敏感水凝胶的合成方法
• 1.4.1 交联聚合
• 1.4.2 接枝共聚
• 1.4.3 互穿网络
• 1.5 葡萄糖敏感水凝胶的应用及研究方向
• 1.5.1 药物传输控制系统
• 1.5.2 传感器体系
• 1.5.3 水凝胶的微型化
• 1.6 本文的研究意义及主要研究内容
• 1.6.1 本文的研究意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 AAPBA的合成和表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料和仪器
• 2.1.2 实验合成方法
• 2.1.3 AAPBA的合成
• 2.1.4 产物产率分析
• 2.1.5 产物的结构表征
• 2.2 结果和讨论
• 2.2.1 产物的产率分析
• 2.2.2 元素分析
• 2.2.3 红外谱图分析
• 1H NMR谱图分析'>2.2.4¹H NMR谱图分析
• 2.3 小结
• 第三章 葡萄糖敏感性水凝胶的合成及性能
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料及仪器
• 3.1.2 实验原理
• 3.1.3 含AAPBA水凝胶的合成
• 3.1.4 凝胶溶胀度的测定
• 3.1.5 凝胶的糖敏感性能检测
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 合成条件影响
• 3.2.2 溶剂对凝胶溶胀度的影响
• 3.2.3 水凝胶的敏感性能研究
• 3.3 小结
• 第四章 AAPBA-ARS水凝胶的糖敏感性研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验材料及仪器
• 4.1.2 实验原理
• 4.1.3 合成凝胶膜
• 4.1.4 凝胶染色
• 4.1.5 凝胶性质测定
• 4.1.6 糖敏感性检测
• 4.2 结果和讨论
• 4.2.1 凝胶中ARS的渗出
• 4.2.2 凝胶的力学性能
• 4.2.3 糖敏感性分析
• 4.3 小结
• 第五章 总结与创新
• 5.1 结论
• 5.2 创新
• 5.3 后续工作建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢