壳聚糖/海藻酸盐复合改性材料的制备与性能研究

论文摘要

从海洋资源里提取的生物聚多糖,多年来在医药和生物科技领域有着广泛的应用,壳聚糖和海藻酸钠为其中具有多功能性的生物聚合物。壳聚糖是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和2-氨基-2-脱氧-D-呲喃葡萄糖通过p-（1→4）糖苷键连接的二元线性聚合物。壳聚糖具有良好的生物活性、生物相容性、生物降解性,它可以促进伤口愈合和组织修复,在新型伤口敷料和组织工程方面的应用倍受人们的关注。海藻酸是由β-1,4-D-甘露糖醛酸和α-1,4-L-古罗糖醛酸组成的二元线性聚合物,为无毒、生物相容性好、可降解的天然生物高分子材料。本文是以壳聚糖和海藻酸钠等天然高分子为材料,通过化学改性和共混等手段制备出新型功能材料并考察其性能。本文主要研究内容如下：1.将海藻酸钠经高碘酸钠氧化制得氧化海藻酸钠,与羧甲基壳聚糖和羟丙基壳聚糖交联制得水凝胶,并引入纳米银和磺胺嘧啶银,考察氧化海藻酸钠的用量对水凝胶的结构和性能的影响。氧化海藻酸钠的用量对水凝胶的含水量无明显的影响；但对水凝胶的凝结速度影响较大,凝结时间随着氧化海藻酸钠加入量的增大呈现出先减后增的趋势；采用牛血清蛋白作为模型药物,研究水凝胶在不同pH下的药物缓释行为,发现该水凝胶适宜在偏中性环境下进行药物缓释,且释放速率和最大释放度随着氧化海藻酸钠用量的增加而降低。水凝胶中引入纳米银和磺胺嘧啶银两种银系抗菌剂后,对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌性能得到了显著的提升。2.通过溶液纺丝法制备海藻酸钠/羧丁酰壳聚糖共混纤维,并引入纳米银,考察羧丁酰壳聚糖的添加量对纤维的结构和性能的影响。红外光谱和X-射线衍射结果表明共混体系中的两种组分之间存在着较强的相互作用,有良好的相容性。力学性能实验测得当羧丁酰壳聚糖的含量为30wt%时,共混纤维的干态抗张强度达到最大值,为14.32cN/tex,纤维的湿态抗张强度随着羧丁酰壳聚糖含量的增加而降低。当羧丁酰壳聚糖的含量为30wt%时,纤维的干、湿态断裂伸长率分别达到43.5%和69.3%的最大值。随着羧丁酰壳聚糖含量的增加,共混纤维的吸水率显著提高。对金黄色葡萄球菌的抑菌试验结果表明：纤维引入纳米银后具有较强的抑菌性能。3.将聚乙烯醇经缩醛化反应制备聚乙烯醇海绵,并引入甲壳素和壳聚糖制得复合海绵,考察甲壳素和壳聚糖的添加量对结构和性能的影响。实验结果表明：控制甲壳素和壳聚糖的添加量可显著提升复合海绵的吸水率,对海绵的力学性能影响也较大,力学性能测试表明引入甲壳素后复合海绵拉伸强度得到提高,壳聚糖的引入则可增加复合海绵的断裂伸长率。扫描电镜照片显示甲壳素和壳聚糖引入后海绵内部孔径变大,对海绵的微孔结构也有明显的影响。本文的创新点包括：（1）首次利用氧化海藻酸钠与壳聚糖衍生物交联,并引入银系抗菌剂制备具有高效抑菌性能的复合水凝胶,以氧化海藻酸钠替代具有毒性的戊二醛作为交联剂,使得该水凝胶可以在医学领域得到应用；（2）首次将羧丁酰壳聚糖与海藻酸盐共混,通过溶液纺丝法制备复合纤维,羧丁酰壳聚糖的引入可以显著提高纤维的吸水率,并引入银系抗菌剂制备抗菌性能优异的复合纤维；（3）聚乙烯醇通过缩醛化反应,并引入甲壳素、壳聚糖制备出新型复合海绵材料,该海绵材料与冻干法制备的海绵相比具有更高的力学性能和较低的成本。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 甲壳素、壳聚糖及其衍生物的研究进展
• 1.3 壳聚糖及其衍生物在医学上的应用
• 1.3.1 降低胆固醇、血脂
• 1.3.2 免疫调节作用
• 1.3.3 抗肿瘤活性
• 1.3.4 防治糖尿病功能
• 1.3.5 促愈作用
• 1.3.6 止血功能
• 1.3.7 防止组织粘连
• 1.4 甲壳素和壳聚糖在伤口敷料上的应用
• 1.5 壳聚糖及其衍生物对细菌的抑制作用
• 1.6 壳聚糖的化学反应及其衍生物
• 1.6.1 壳聚糖的羧甲基化反应
• 1.6.2 壳聚糖的羟丙基化反应
• 1.6.3 壳聚糖的季铵化反应
• 1.6.4 酰化反应
• 1.6.5 羟烷基化反应
• 1.6.6 酯化反应
• 1.7 海藻酸盐的化学改性及其应用研究进展
• 1.7.1 海藻酸的结构
• 1.7.2 海藻酸钠的化学改性
• 1.7.3 海藻酸及海藻酸钠的应用研究进展
• 1.7.4 伤口的湿润密闭疗法与海藻酸盐纤维
• 1.8 本课题设计及其主要研究内容
• 第二章 壳聚糖衍生物/氧化海藻酸钠水凝胶的制备及其性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 羧甲基壳聚糖的制备
• 2.2.3 羟丙基壳聚糖的制备
• 2.2.4 氧化海藻酸钠的制备
• 2.2.5 纳米银的制备
• 2.2.6 羧甲基壳聚糖/氧化海藻酸钠水凝胶的制备
• 2.2.7 羟丙基壳聚糖/氧化海藻酸钠水凝胶的制备
• 2.2.8 水凝胶的结构表征及性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱（FTIR）
• 2.3.2 X-射线衍射（XRD）
• 2.3.3 凝结时间
• 2.3.4 含水量
• 2.3.5 药物缓释
• 2.3.6 抗菌测试
• 2.3.7 扫描电镜（SEM）
• 2.4 小结
• 第三章 壳聚糖衍生物/海藻酸盐共混纤维的制备及其性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 羧丁酰壳聚糖的制备
• 3.2.3 纳米银的制备
• 3.2.4 共混纤维的制备
• 3.2.5 共混纤维的结构表征及性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外光谱（FTIR）
• 3.3.2 X-射线衍射（XRD）
• 3.3.3 光学显微拍照
• 3.3.4 透射电镜（TEM）
• 3.3.5 吸水率测试
• 3.3.6 力学性能
• 3.3.7 纤维的抗菌性
• 3.4 小结
• 第四章 甲壳素、壳聚糖/聚乙烯醇复合海绵的制备及其性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 聚乙烯醇海绵材料的制备
• 4.2.3 壳聚糖/聚乙烯醇海绵材料的制备
• 4.2.4 甲壳素/聚乙烯醇海绵材料的制备
• 4.2.5 复合海绵的结构表征及性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 红外光谱（FTIR）
• 4.3.2 X-射线衍射（XRD）
• 4.3.3 吸水率
• 4.3.4 力学性能
• 4.3.5 扫描电镜（SEM）
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 作者已发表和待发表的研究成果
• 致谢