壳聚糖及其衍生物复合水凝胶的制备及其性能研究

作     者：易嘉琰 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊李红

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：壳聚糖及其衍生物 氧化魔芋 氧化石墨烯 水凝胶 伤口敷料 

摘      要：壳聚糖及其衍生物作为一种性能优异的生物医用材料,因其良好的生物活性已备受关注。魔芋葡甘露聚糖是一种来源广泛且生物相容性好的天然高分子材料、对魔芋及其衍生物的研究也是目前的热点之一。氧化石墨烯结构稳定、机械性能良好,将其作为添加剂制备复合水凝胶吸引了越来越多研究者的关注。本论文以氧化魔芋作为大分子交联剂代替传统甲醛、戊二醛等毒性小分子交联剂分别与壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟丙基壳聚糖交联并将氧化石墨烯作为添加剂加入其中制备出三种复合水凝胶,考察不同氧化石墨烯加入对水凝胶结构及性能的影响。本论文的研究内容如下:(1)采用改进的Hummers’方法制备出氧化石墨烯并对其进行了红外光谱、透射电镜以及拉曼光谱的表征。采用高碘酸钠氧化法制备氧化魔芋,将氧化魔芋作为大分子交联剂与壳聚糖交联并将氧化石墨烯作为添加剂加入制得复合水凝胶,通过红外光谱以及扫描电镜对凝胶进行表征和微观结构的观察,考察了不同氧化石墨烯加入量对水凝胶凝胶时间、溶胀性能、水蒸发率、机械性能以及生物相容性的影响。结果表明:水凝胶均具备连续稳定的三维结构;水凝胶具备极短的凝胶时间,氧化石墨烯含量从0 mg/ml增加到5 mg/ml时,水凝胶的凝胶时间从20.8 s减少到5.4 s;水凝胶具备一定的溶胀率和保水能力,溶胀率和保水能力均随着氧化石墨烯的加入呈现减弱的趋势;氧化石墨烯的加入大大提升了水凝胶的机械性能,氧化石墨烯加入量从0 mg/ml增加到5 mg/ml时,水凝胶的压缩强度从41.5 KPa增加到105.2 KPa,同时压缩模量从0.13 MPa增加到0.45 MPa;加入氧化石墨烯的水凝胶显示出更高的细胞存活率。(2)制备出水溶性的羧甲基壳聚糖,使用氧化魔芋作为大分子交联剂与羧甲基壳聚糖交联,同时将不同量的氧化石墨烯作为添加剂加入其中制备出复合水凝胶,通过红外光谱以及扫描电镜对凝胶进行表征和微观结构的观察,考察了不同氧化石墨烯加入量对水凝胶结构及性能的影响。结果表明:所有水凝胶均具有连续稳定的三维结构;水凝胶具备较短的凝胶时间,随着氧化石墨烯的含量从0 mg/ml增加到5 mg/ml,水凝胶的凝胶时间从35.8 s减少到18.6 s;所有水凝胶均具备良好的溶胀性能以及水蒸发速率,溶胀率和保水能力均随着氧化石墨烯的加入呈现减弱的趋势;氧化石墨烯的加入明显增加了水凝胶的机械性能,氧化石墨烯加入量从0 mg/ml增加到5 mg/ml时,水凝胶的压缩强度从85.1KPa增加到208.2 KPa,同时压缩模量从0.28 MPa增加到1.11 MPa,;加入氧化石墨烯的水凝胶的具有更高的细胞存活率。(3)制备出水溶性的羟丙基壳聚糖,使用采氧化魔芋作为大分子交联剂与羟丙基壳聚糖交联,同时将氧化石墨烯作为增强剂加入制得复合水凝胶,通过红外光谱以及扫描电镜对凝胶进行表征和微观结构的观察,考察了不同氧化石墨烯加入量对水凝胶结构及性能的影响。结果表明:所有水凝胶均具备连续稳定的三维结构;水凝胶有极快的凝胶化过程,氧化石墨烯的含量从0 mg/ml增加到5 mg/ml时,水凝胶的凝胶时间从45.6 s减少到24.3 s;水凝胶具备良好的溶胀率及水蒸发率,溶胀率和保水能力随着氧化石墨烯的加入呈现减弱的趋势;氧化石墨烯的加入大大提升了水凝胶的机械性能,氧化石墨烯加入量从0 mg/ml增加到5 mg/ml时,水凝胶的压缩强度从49.8 KPa增加到202.1 KPa,同时压缩模量从0.05 MPa增加到0.34 MPa;所有水凝胶均具有良好的生物相容性,且加入氧化石墨烯的水凝胶显示出更好的生物相容性。