【摘 要】
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随着人们环保意识越来越强,健康环保型材料成为当今时代研究的热点。水凝胶具有较好的生物相容性、可降解的特点,是环保型材料的不二之选,但目前对纯植物基水凝胶的研究仍然有限。纳米纤维应用范围广泛,纤维素纳米晶体的加入使水凝胶3D凝胶网络更加致密,本研究中以医用脱脂棉为制备原料,通过酸水解法制备纤维素纳米晶体,探究最优制备方法和制备条件,并且以纤维素纳米晶体、大豆分离蛋白两种纯植物原料制备复合水凝胶,对其
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随着人们环保意识越来越强,健康环保型材料成为当今时代研究的热点。水凝胶具有较好的生物相容性、可降解的特点,是环保型材料的不二之选,但目前对纯植物基水凝胶的研究仍然有限。纳米纤维应用范围广泛,纤维素纳米晶体的加入使水凝胶3D凝胶网络更加致密,本研究中以医用脱脂棉为制备原料,通过酸水解法制备纤维素纳米晶体,探究最优制备方法和制备条件,并且以纤维素纳米晶体、大豆分离蛋白两种纯植物原料制备复合水凝胶,对其制备方法,机械性能,微观结构,生物性能及其凝胶形成机理展开研究。进而寻找能够改善传统水凝胶较差机械性能的方法,并拓展纯植物基水凝胶在生物环保型材料领域的应用。（1）首先对比超声法,磁力搅拌法和超声辅助磁力搅拌法三种方法制备出的纤维素纳米晶体（CNC）的粒径,得率及微观结构筛选出最优制备方法,其中超声辅助磁力搅拌法制备的纤维素粒径最小（397 nm）,得率较高（55.85%）,且形态均一。通过单因素试验结合响应面分析法,得出纤维素纳米晶体的最优制备条件:反应温度为52℃,提取时间为31 min,酸液浓度为60%。在此条件下所得样品平均粒径为401.35±1.89 nm。（2）对大豆分离蛋白成分进行测定,其中水分含量为4.07%±0.35%、灰分含量3.92%±0.21%、蛋白含量为90.74%±2.19%,确定其成分和纯度后与前面所得的纤维素纳米晶体进行复合制备水凝胶。通过单因素试验结合响应面分析法,得出复合水凝胶的最优制备条件为:水化时间13.50 h,加热时间32 min,温度90℃。此条件下制备的凝胶样品强度为92.52±2.01 g。（3）探究纤维素纳米晶体添加量对纳米纤维/大豆分离蛋白复合凝胶性能的影响。测定纳米纤维/大豆分离蛋白复合凝胶的持水性、质构特性、流变特性以及微观结构。研究发现,在复合凝胶体系中随着纤维素纳米晶体添加量的增多,持水效果增强,储能模量增高,使凝胶网络结构紧凑说明复合凝胶材料抗形变能力增强,同时硬度、凝聚力也随纤维添加量持续增加,但纤维素纳米晶体加量达到2%时,弹性,咀嚼性和恢复力会产生下降。纤维素纳米晶体还可以改善凝胶微观结构,使其变得规则致密,表面更加光滑,但由于纤维素纳米晶体独特的刚性性质在达到一定浓度时对复合凝胶产生负面影响。（4）随着纤维素纳米晶体添加量的增加,分别用低场核磁共振,蛋白溶解度,傅里叶红外光谱研究了复合凝胶的水分子迁移情况、分子间作用力、以及官能团和化学键的变化情况,对复合凝胶的形成机理做出解释;研究显示随着纤维素纳米晶体的增加凝胶网络中的不易流动水减少,向结合水进行转化,所有水分子均向更稳定的方向进行迁移,静电作用力、疏水作用力、氢键相互作用和二硫键相互作用也显著增加,结果表明复合水凝胶体系更好的性质与体系各作用力的增强密切相关。在复合凝胶体系中纤维素纳米晶体的加入,官能团没有出现新的变化,氢键增多且强度加强,通过纤维素纳米晶体的添加量控制可使复合凝胶体系相互作用力增强,产生更稳定的结构。（5）复合凝胶体系在不同生物模拟液中都有一定的溶胀能力,当纤维素纳米晶体增多时溶胀能力进一步的增加,由于纤维的高结晶度能够有效提高复合凝胶的溶胀能力,但在生理盐水中由于Na+的屏蔽效应使得凝胶溶胀能力得到限制。在凝胶中加入纳米银颗粒,探究凝胶作为功能因子载体的性能,观察功能因子是否能够有效释放,用光密度和琼脂盘扩散对金黄色葡萄球菌的生长情况进行观测得出,在纳米纤维/大豆分离蛋白复合凝胶中金黄色葡萄球菌生长繁殖速度最缓慢,纳米银对其抑制效果达到最佳。本研究中证实了复合水凝胶良好的机械性能和优良的生物性能,为复合水凝胶的应用提供了新思路。
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