壳聚糖和普鲁兰多糖共混静电纺丝纳米纤维膜的制备及表征

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanbusha
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近年来,静电纺丝作为一种高效、经济以及可连续制备纳米纤维的技术,受到众多科研人员的关注,其被广泛应用于生物活性物质的包埋。壳聚糖作为一种天然多糖,由于其无毒,生物相容性好,可作为一种理想的纳米纤维壁材,但是由于壳聚糖单独不易纺丝,需要与助纺剂混合才可以进行纺丝,因此选用绿色可再生的天然助纺剂成为研究的热点。本研究的目的是以天然的普鲁兰多糖为助纺剂,壳聚糖为原料,制备静电纺丝复合纳米纤维,探究纺丝过程工艺参数对纳米纤维形貌的影响;探讨其作为口腔快速溶解膜的潜在应用;同时为了增强纳米纤维膜的性能,增强其在应用时的稳定性,对其进行了热交联和肉桂醛交联,并对交联后的壳聚糖-普鲁兰多糖纳米纤维膜进行性能分析。主要研究内容与结果如下:(1)工艺参数对纳米纤维形貌的影响在本研究中,对操作过程中电压,推进速度和接收距离等工艺参数对纤维直径的影响进行探讨。结果表明,随着电压从10k V增加到25k V,纤维直径显著减小(P<0.05),在电压过大时,纳米纤维直径分布不均匀,不但出现纺锤状纳米纤维,也出现小囊泡,纳米纤维出现缺陷,纺丝过程不稳定;随着推进速度由0.5m L/h增加至2.0m L/h,纤维直径虽然逐渐增加,但是不同对照组之间的差异不显著(P>0.05),且在推进速度过大时,纳米纤维出现粘连;随着接收距离由7cm增加至16cm时,纤维直径显著变小(P<0.05),在距离过大时,细丝状纳米纤维和纺锤状纳米纤维并存,纳米纤维比较稀疏。(2)快速溶解型静电纺丝纳米纤维膜的制备、表征和应用在本研究中,通过静电纺丝技术制备了可作为口腔快速溶解膜的壳聚糖/普鲁兰多糖纳米纤维膜。结果表明随着壳聚糖比例的逐渐增加,溶液的电导率和粘度显著增加(P<0.05),表面张力没有显著性变化(P>0.05);纳米纤维直径随着壳聚糖比例的增加,先减小后增大;红外光谱分析结果表明,壳聚糖与普鲁兰多糖分子间存在氢键相互作用力,并且随着壳聚糖比例的增加,氢键相互作用力逐渐加强;X射线衍射分析表明,壳聚糖/普鲁兰多糖复合纳米纤维膜为无定形材料,静电纺丝技术可以降低纤维内部分子的有序程度;差式量热扫描分析表明,随着壳聚糖占比的增加,纳米纤维膜的熔点由167.33℃逐渐提高至170.75℃;热重分析结果表明,随着壳聚糖的增加,最大失重速率温度由309.70℃提升至313.56℃;动态热力学分析结果表明,随着壳聚糖含量的增加,纳米纤维膜玻璃态转化温度由73.88℃逐渐提升至112.84℃;纳米纤维膜水溶解实验表明,壳聚糖/普鲁兰多糖复合纳米纤维膜可以在60s内完全溶解;包埋实验结果表明阿司匹林可以被壳聚糖/普鲁兰多糖纳米纤维膜包覆,并且不影响膜的快速溶解性。(3)绿色交联方式对壳聚糖/普鲁兰多糖复合纳米纤维膜性质的加强在本研究中,壳聚糖/普鲁兰多糖复合纳米纤维膜通过两种绿色交联(加热和肉桂醛)方式进行交联,并对交联后的纳米纤维膜进行表征。对于热致交联膜,随着壳聚糖占比由10%增加到30%,其浸水后微观结构的稳定性增强;其水接触角由31.8°显著增加到54.1°(P<0.05);质量损失率由83.65%降低至45.31%;溶胀率由32.11%增加至263.45%;水蒸气透过率由3.49×10-10g m-1 s-1 Pa-1降低至2.77×10-10g m-1 s-1 Pa-1;拉伸强度由2.95MPa提升至3.86MPa;弹性模量强度由97.61MPa提升至115.00MPa,但是组间差异不显著(P>0.05);断裂伸长率由5.24%降低至3.57%;最大热失重速率温度由305.53℃提升至309.54℃。对于肉桂醛交联膜,随着壳聚糖占比由10%增加到30%,其浸水后微观结构的稳定性增强;其水接触角由87.9°显著增加到112.7°(P<0.05);质量损失率由23.42%降低至15.58%;溶胀率由73.15%降低至47.44%;水蒸气透过率由2.29×10-10g m-1 s-1 Pa-1降低至1.60×10-10g m-1 s-1 Pa-1;拉伸强度由11.36MPa提升至22.55MPa;弹性模量由344.31MPa提升至1150.95MPa;断裂伸长率由4.53%降低至2.83%;最大热失重速率温度由309.13℃提升至312.85℃。因而,交联后,两种膜的微观结构稳定性、疏水性、抗水性、阻隔性能、机械性能以及热稳定性都随着壳聚糖占比的增加而增强,且肉桂醛交联膜的性质优于热致交联膜。傅里叶红外光谱结果表明,热致交联过程中发生美拉德反应;肉桂醛交联通过席夫碱反应进行交联。
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