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胶原纤维是动物体中含量最多,分布最广的蛋白质,大量存在于动物的肌肉组织、软骨、表皮等结缔组织中。胶原纤维可以促进细胞生长、胶原纤维具有高拉伸强度、低抗原活性、低刺激性以及促进细胞生长的性能,所以胶原已经在生物医学材料、组织工程和临床医疗领域具有广泛的应用。胶原多肽链之间大量存在的氢键、离子键、范德华力维持着胶原螺旋的稳定,使其难溶解于水和一般的传统有机溶剂,很大程度上限制了胶原纤维的应用。相比于传统溶剂,离子液体具有热稳定性好、低蒸汽压、电导率高、催化性强等优点。同时,离子液体在纤维素、胶原纤维、壳聚糖、角蛋白等溶解生物聚合物也有很优异的表现。 本文以氯乙酸乙酯、氯乙酸甲酯、溴乙酸甲酯、溴乙酸乙酯、N-甲基咪唑、吡啶、乙酸钠为原料合成系列主链含羧酸酯基团的咪唑基、吡啶基离子液体。通过FT-IR、1HNMR确证目标离子液体的结构,测定了离子液体在不同溶剂中的溶解性质。 本文研究了胶原纤维在羧酸酯离子液体([Etmim]Cl和[Etmim]Ac)及普通离子液体[Amim]Cl、[Bmim]Cl、[Emim]Cl、[Amim]Ac、[Bmim]Ac、[Emim]Ac中的溶解、再生性能,结果表明:当离子液体阳离子结构相同时,乙酸根离子液体比氯盐离子液体溶解胶原纤维和甲基纤维素的效率更高,这是因为乙酸根中的碳氧键能够促进胶原纤维中的氢键的打开,从而达到加速胶原纤维在离子液体中的溶解。当离子液体阴离子相同时,羧酸酯离子液体中要比常规离子液体溶解胶原纤维和甲基纤维素的效率更高,这是因为羧酸酯离子液体中的酯基具有更强的电负性以及电子云密度更大的氧原子,能够破坏胶原纤维和甲基纤维中的氢键,促进胶原纤维和甲基纤维素的溶解。 通过对比胶原纤维在羧酸酯离子液体([Etmim]Cl和[Etmim]Ac)及普通离子液体[Amim]Cl、[Bmim]Cl、[Emim]Cl、[Amim]Ac、[Bmim]Ac、[Emim]Ac中的最大溶解度,离子液体的β值、咪唑环2-H的化学位移以及离子液体的热力学参数来分析胶原纤维在离子液体中的溶解机理。β值作为衡量离子液体中氢键受体的能力参数,经对比发现乙酸盐离子液体比氯盐离子液体具有更大的β值,羧酸酯离子液体的咪唑环2-H的化学位移比一般离子液体更大,而根据最大溶解度的实验结果也证明了β值和咪唑环2-H化学位移的大小决定了离子液体对胶原纤维的溶解能力。另外通过计算离子液体的热力学参数,数据表明,[Etmim]Ac在所有温度范围内(60-140℃)⊿SθS和⊿HθS的值为正,说明胶原纤维在[Etmim]Ac的溶解过程是熵(entropy)驱动,而其他咪唑盐离子液体只有在较高温度下(≧80℃)才能实现熵驱动溶解过程,当离子液体在低温下以及阳离子的电负性较弱时,⊿SθS的值为负时,此时胶原纤维的溶解过程不会自发进行。 本文制备了质量比不同的胶原纤维/甲基纤维素的复合材料,所得的再生复合材料通过红外光谱(FT-IR)、热失重(TGA)、X-射线衍射(XRD)来分析其结构特征的变化。通过测试复合材料的溶胀比分析其性能。结果表明:甲基纤维素在溶解、再生过程中虽然晶体的衍射强度有所减弱,但是其自身结构并未发生明显变化。胶原纤维/甲基纤维素复合材料的红外光谱表明:在制备复合材料的过程中,胶原纤维和甲基纤维素之间形成了新的氢键,二者发生了结合。胶原纤维/甲基纤维素复合材料的热性能分析表明:溶解、再生后制备的复合材料具有很好的热性能。