新型互穿网络超大孔水凝胶的制备及其性能的研究

论文摘要

水凝胶由于具有良好的吸水、保水及生物相容性等优良性能,在农业、工业、生物医药等领域具有广阔的应用前景而倍受人们关注。与普通水凝胶相比,互穿网络超大孔水凝胶（SPIHs）具有较快的溶胀速率和良好的机械性能,成为当前研究的热点。本文利用发泡技术将超大孔引入水凝胶结构中;采用两种互穿网络技术来提高超大孔水凝胶的凝胶强度,制备了三种互穿网络超大孔水凝胶;利用DSC、FT-IR、SEM等分析技术对所得凝胶进行表征;研究了互穿网络超大孔水凝胶（SPIHs）性能的影响因素,并对这类水凝胶的药物释放性能进行了初步研究。主要研究内容和结果如下:以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）为基体,丙烯酰胺为预聚物,利用新型分步法和发泡技术制备了聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/聚丙烯酰胺互穿网络超大孔水凝胶。DSC和SEM分析结果表明该凝胶具有多孔结构和互穿网络结构,孔径大小为100200μm,属于超大孔范畴。多孔结构降低了水凝胶与水的结合力,而互穿网络能提高水凝胶与水的结合力。当基体中AA/AM为1:3、预聚物/基体为1:1时,凝胶压缩强度可达25KPa,2分钟内可达到溶胀平衡。选用乙烯基吡咯烷酮为预聚物,利用新型分步法和发泡技术制备了聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/聚乙烯基吡咯烷酮互穿网络超大孔水凝胶。DSC分析显示SPIHs的Tm高于超大孔水凝胶（SPHs）和超大孔水凝胶复合物（SPHCs）,FT-IR分析显示oligo-PVP谱图中不含C=C特征峰,说明oligo-PVP不含NVP单体;结果表明该方法成功地将互穿网络引入到超大孔水凝胶网络结构中,是制备IPN简单有效方法之一。SEM照片显示孔是相互连通的,这种相互连通的孔结构赋予了水凝胶快速溶胀的性能。当AA/AM为1:3、预聚物/基体为1:1时,凝胶压缩强度为20KPa,3分钟内可达到溶胀平衡。以壳聚糖为添加物,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛为复合交联剂,利用IPN同步法和发泡技术制备了聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/壳聚糖互穿网络超大孔水凝胶。采用DSC、FT-IR和SEM等分析技术进行了表征,研究了水凝胶的溶胀行为和凝胶压缩强度。实验结果表明,该互穿网络超大孔水凝胶具有较快的溶胀速率和较好的凝胶强度。以牛血红蛋白为模拟药物,人工肠液和人工胃液为溶出介质,聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/壳聚糖互穿网络超大孔水凝胶为药物载体,初步研究了互穿网络超大孔水凝胶的药物释放性能,并探讨了药物和载体的相互作用。结果表明,互穿网络超大孔水凝胶在人工肠液中具有较快的药物释放性能;FT-IR分析结果表明,牛血红蛋白与SPIHs未发生化学作用,不存在共价连接,只是通过氢键等物理作用相连接。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水凝胶概述
• 1.2.1 水凝胶的分类
• 1.2.2 水凝胶的溶胀机理
• 1.2.3 水凝胶与水的作用
• 1.2.4 水凝胶的性能
• 1.3 快速响应性水凝胶
• 1.3.1 微凝胶
• 1.3.2 梳形结构水凝胶
• 1.3.3 多孔水凝胶
• 1.3.4 超大孔水凝胶
• 1.4 互穿网络水凝胶
• 1.5 本论文的立题依据及研究内容
• 第二章 新型分步法制备聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/聚丙烯酰胺互穿网络超大孔水凝胶
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料
• 2.3 实验仪器
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 互穿网络超大孔水凝胶的制备
• 2.4.2 差示扫描量热法分析（DSC）
• 2.4.3 扫描电镜分析（SEM）
• 2.4.4 溶胀行为
• 2.4.5 凝胶压缩强度
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 水凝胶的制备
• 2.5.2 DSC 分析
• 2.5.3 SEM 分析
• 3 的用量选择'>2.5.4 NaHCO₃的用量选择
• 2.5.5 水凝胶的平衡溶胀比
• 2.5.6 水凝胶的溶胀行为
• 2.5.7 水凝胶的凝胶强度
• 2.6 本章小结
• 第三章 聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/聚乙烯基吡咯烷酮互穿网络超大孔水凝胶的制备、性能及表征
• 3.1 引言
• 3.2 原料
• 3.3 实验仪器
• 3.4 实验部分
• 3.4.1 材料的制备
• 3.4.2 差示扫描量热法分析（DSC）
• 3.4.3 红外光谱分析（FT-IR）
• 3.4.5 扫描电镜分析（SEM）
• 3.4.6 溶胀行为
• 3.4.7 凝胶压缩强度
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 DSC 分析
• 3.5.2 FT-IR 分析
• 3.5.3 SEM 分析
• 3.5.4 溶胀行为
• 3.5.5 凝胶强度
• 3.6 本章小结
• 第四章 聚（丙烯酸-丙烯酰胺） /壳聚糖互穿网络超大孔水凝胶的制备及其性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 原料
• 4.3 实验仪器
• 4.4 实验部分
• 4.4.1 水凝胶的制备
• 4.4.2 DSC 分析
• 4.4.3 FT-IR 分析
• 4.4.4 SEM 分析
• 4.4.5 溶胀行为
• 4.4.6 凝胶压缩强度
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 DSC 分析
• 4.5.2 FT-IR 分析
• 4.5.3 SEM 分析
• 4.5.4 溶胀行为
• 4.5.5 凝胶压缩强度
• 4.6 本章小结
• 第五章 聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/壳聚糖互穿网络超大孔水凝胶的药物释放性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验原料
• 5.3 实验仪器
• 5.4 实验部分
• 5.4.1 人工胃液和人工肠液的配制
• 5.4.2 测定波长的选择
• 5.4.3 标准曲线的测定
• 5.4.4 药物的包埋
• 5.4.5 载药量的测定
• 5.4.6 药物释放
• 5.4.7 SPIHs 与药物的相互作用
• 5.5 结果与讨论
• 5.5.1 牛血红蛋白在不同溶液中的测定波长和标准曲线
• 5.5.2 不同水凝胶的载药量
• 5.5.3 多孔结构对水凝胶药物释放性能的影响
• 5.5.4 互穿网络结构对水凝胶药物释放性能的影响
• 5.5.5 SPIHs 在不同溶液中的药物释放性能
• 5.5.6 SPIHs 与牛血红蛋白的相互作用
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录：已发表论文及获奖情况
• 致谢