甘草酸基泡沫模板法制备多孔材料及其活性控释应用

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近年来,水基泡沫在日常生活被广泛应用,特别是在食品、个人护理、化妆品和洗涤剂产品等领域。以水基泡沫为模板制备的多孔材料因具有高比表面积、高荷载能力等优势在生物医药输送、功能食品等领域显示出较高的应用价值。本研究以天然三萜皂甙甘草酸(Glycyrrhizic acid,GA)为基础原料,与纤维素纳米晶(Cellulose nanocrystals,CNCs)、羟乙基纤维素(Hydroxyethyl cellulose,HEC)、玉米醇溶蛋白-果胶(Zein-Pectin,ZP)颗粒复合制备出泡沫模板及多孔材料,探究了纤维复合泡沫的形成与稳定机理,并对疏水/亲水活性物质进行包埋输送。本论文的主要研究结论如下:(1)将纯天然、纳米尺度的GA纳米纤维和CNCs复合制备出外观均匀、超稳定且具有热敏响应的水基泡沫。GA可吸附在气泡周围形成多层纤维网络,同时GA与CNCs通过氢键结合在连续水相中形成高粘弹性的复合水凝胶网络;界面和体相凝胶网络的形成可有效防止排液、泡沫粗化和聚结的发生,从而形成超稳态的复合凝胶泡沫;Na Cl的加入可进一步强化泡沫的复合凝胶网络,提升泡沫稳定性。此外,GA-CNCs复合泡沫具有优异的热响应性,高温(T>Tm)可使泡沫快速失稳,同时通过简单地改变加热介质或调节泡沫内部的网络强度,可有效调控泡沫的失稳行为。(2)进一步通过复合HEC制备GA-HEC水系泡沫模板,研究HEC的添加对GA泡沫凝胶网络结构、形成和稳定性,以及GA-HEC水系泡沫冷冻干燥过程稳定性的影响,评估以复合泡沫为模板制备出的多孔材料的结构特性,并研究其对核黄素磷酸钠的控释特性。结果表明,添加HEC后,GA与HEC形成分子间氢键,促进在连续水相中高粘弹性复合水凝胶网络的形成,界面和连续相中的网络结构更加紧密有序,使气泡很好地分隔,有效防止了泡沫的排液,从而提高了泡沫的稳定性。GA-HEC制成的泡沫凝胶表现出较好的冷冻干燥稳定性,得到抗压性能以及机械适应性好且能荷载亲水性功能因子的多孔泡沫。GA-HEC复合泡沫由于网络结构的增强,形成了孔径较小且分布均匀的气泡,使得核黄素磷酸钠扩散时路径变长,能有效延缓核黄素磷酸钠的释放。(3)以GA-HEC混合溶液为基础原料,添加ZP颗粒,制备出复合泡沫,研究ZP颗粒的添加对GA-HEC水系泡沫的形成及稳定性的影响,并以复合泡沫为模板制备出多孔材料,探究其对亲水/疏水活性物质的释放特性。结果表明,GA在界面多层吸附使气泡稳定,ZP颗粒分布在体相中,使得泡沫凝胶具有较高的屈服应力和储存模量,有效地阻止了泡沫排液现象,并显著地减缓了气泡的粗化及老化。ZP包埋疏水活性物质姜黄素,GA荷载亲水活性物质维生素B12,使泡沫模板成为可同时荷载亲水、疏水活性物质的软材料,并对其进行控释。随着ZP浓度的增加,活性物质的释放速率及释放量增加。与GA-HEC-ZP复合泡沫相比,GA-HEC-ZP水凝胶有更高的释放速率及释放量。通过调控ZP浓度及多孔材料的孔隙结构,能有效地调控活性物质的释放。
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