半乳甘露聚糖改性凝胶的制备与研究

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多糖胶作为天然高分子材料,具有优越的生物相容性、天然可降解性以及丰富的来源等特点,因此开发多糖胶资源高值化利用可以促进生物可降解材料、医药材料等新技术的发展。半乳甘露聚糖属于多糖胶的一种,具有良好的交联性和水溶性,在低浓度下能形成高粘度的稳定性水溶液,被广泛应用于食品医药、石油钻采、造纸等行业。本文以半乳甘露聚糖为原料,设计合成了半乳甘露聚糖-聚(丙烯酰胺-N,N’-双(丙烯酰)胱胺)水凝胶、羧甲基半乳甘露聚糖-氯化锌-聚丙烯酸水凝胶和氧化石墨烯-半乳甘露聚糖-聚丙烯酰胺水凝胶。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外分光光度计光谱、微分扫描热量法(DSC)、热重力分析(TGA)、万能试验机和多功能万用表等分析仪器,探索了半乳甘露聚糖水凝胶的微观结构,降解性能,力学性能,温度响应性以及溶胀性能等,深入探究了半乳甘露聚糖水凝胶在药物载体、传感器和染料吸附等领域的应用。主要研究工作和结果如下:(1)以半乳甘露聚糖(瓜尔胶,GA)为原料,制备出具有可控降解特性的半乳甘露聚糖-聚(丙烯酰胺-N,N’-双(丙烯酰)胱胺)水凝胶。研究发现,通过调节GA的含量可以改善水凝胶的机械性能,当GA含量为10 wt%时,水凝胶的拉伸强度和压缩强度达到最大值,分别为40 k Pa和250 k Pa;连续的循环压缩试验表明,水凝胶在60%、70%、80%的应变下不会破裂,并迅速恢复到其原始形状,具有良好的抗疲劳性和回弹性;水凝胶对还原剂具有响应性,其降解速率和药物释放速率可以通过还原剂的浓度和还原时间来调节。随着还原剂(DTT)浓度的增加,水凝胶降解速率增加,当DTT为50 m M时,降解溶液的透射率为22%;随着还原时间的增加,水凝胶的降解速率由快变慢,在10小时内,水凝胶质量下降了35%以上。有望应用于药物载体、组织工程等领域。(2)对GA进行醚化改性得到羧甲基半乳甘露聚糖(CMGG),以CMGG为原料制备羧甲基半乳甘露聚糖-氯化锌-聚丙烯酸水凝胶,该凝胶的多种交联方式(包括动态氢键交联,金属配位交联和共价交联)之间相互协同,有效改善了凝胶的机械性能,当CMGG含量为2 wt%时,水凝胶的压缩强度为452.71 k Pa;Zn2+与-COOH之间丰富的配位键赋予该凝胶灵活的温度响应性,受热变柔软,冷却变坚硬;除此之外,该水凝胶具有良好的导电性能,当Zn2+含量为90 mol%时,离子导电率达到最大值4.44 s/m,并在低应变和低角度循环实验中具有优异的重复性以及良好的感应性,因此适合应用于感测小应变传感器。(3)对鳞片石墨进行氧化处理得到氧化石墨烯(GO),然后利用GO作为增强填料制备氧化石墨烯-半乳甘露聚糖-聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶。研究发现,该水凝胶具有良好的机械性能,当GO/GA含量为0.5 wt%时,拉伸强度达到最大值96.98 k Pa,断裂伸长率为1986.69%;除此之外,该水凝胶通过共价和非共价两种方式对染料进行吸附,当GO/GA含量为20 wt%时,最大吸附量和去除率分别为1.1 mg/g和84.2%。
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