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pH变色纳米胶囊的制备及其应用探究

pH变色纳米胶囊的制备及其应用探究

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作者：侯雪梅苏州大学

学位级别：硕士

21世纪是人类追求健康的世纪,大健康理念在逐渐普及,大健康产业已成为具有巨大市场潜力的新兴产业。大健康理念倡导人们注重疾病的预防和保健,越来越多的人意识到,关注生理上的细微信号对个体健康至关重要。正常情况下,人体尿液通常具... 详细信息

21世纪是人类追求健康的世纪,大健康理念在逐渐普及,大健康产业已成为具有巨大市场潜力的新兴产业。大健康理念倡导人们注重疾病的预防和保健,越来越多的人意识到,关注生理上的细微信号对个体健康至关重要。正常情况下,人体尿液通常具有特定pH范围,除饮食和药物影响,尿液pH长期过酸或过碱可能昭示着肾脏或泌尿系统存在潜在病理状况,寻找便捷、有效的尿液pH检测手段并能于日常生活中长期监测尿液pH变化对健康管理具有重要意义。目前的pH变色材料存在一些问题,如变色域有限、制备工艺复杂、所用pH指示剂不稳定且易泄露进而影响显色变色等。鉴于此,本课题制备了 pH变色纳米胶囊,并将pH变色纳米胶囊与海藻酸钙水凝胶结合制备了 pH变色水凝胶片材,通过探究纳米胶囊和水凝胶片材的成型及性能,尤其二者的pH变色性能,评估了 pH变色水凝胶片材应用于纸尿裤的可行性。主要内容如下:(1)首先设计了一种新型水滴型受限射流撞击混合器(Confined Impinging Jets Mixer,CIJM),并采用有限元数值模拟将其与传统型CIJM进行了对比。结果发现,水滴型腔体消除了碰撞后流体与混合腔壁面的接触、提高了最大撞击面面积,有利于形成更多、粒径更小、更均匀的纳米颗粒。使用两种不同的CIJM实际制备纳米颗粒进行实验验证,结果表明,采用水滴型CIJM制备的纳米颗粒更均匀、规整,平均粒径为145.43±3.14nm、PDI为0.14±0.03、平均Zeta电位为-31.2 mV,相比传统CIJM所制备的纳米颗粒,粒径更小、分布更均匀且分散稳定性更好。(2)基于瞬时纳米沉淀(Flash Nanoprecipitation,FNP)原理,以乙基纤维素(Ethylcellulose,EC)为聚合物壁材,以百里香酚蓝(Thymol Blue,TB)、溴甲酚绿(Bromocresol Green,BCG)、溴甲酚紫(Bromocresol Purple,BCP)三种pH指示剂等比例混合为芯材,通过水滴型CIJM制备了具有核壳结构的pH变色纳米胶囊。当入口流率为40 mL/min、芯壁比为1:2、混合溶液浓度为6 mg/mL时,pH变色纳米胶囊的平均粒径、PDI值、包封率相对较优,分别为141.83±0.98 nm、0.125、75.20± 1.72%。当pH值从3增加到10时,纳米胶囊悬浮液的颜色表现出不同的色相值,主观上可观察到从黄色系到绿色系再到蓝色系的转变,表现出了灵敏的pH变色响应性。(3)将pH变色纳米胶囊添加到海藻酸钠(SA)溶液中,基于与氯化钙溶液的离子交联原理,以片状涤纶网为支撑层通过浸渍提拉法制备了 pH变色水凝胶片材。当浸涂次数为2次、变色胶囊悬浮液与SA溶液体积比为1:1时,片材的综合性能较优:平均厚度为0.662 mm,厚度偏差为0.049 mm;pH变色响应时间为9.15±0.78s;断裂强力为74.93±6.11 N,断裂伸长率为27.84±1.67%。在pH3-10的范围内,片材同样实现了从黄色系到绿色系再到蓝色系的变化。相邻pH值之间,色差均达到了肉眼可辨认的程度,无论是肉眼观察还是测色工具获取颜色参数(色相值),均能通过比色对测试对象进行pH值判定。pH变色水凝胶片材变色灵敏,能快速响应pH变化;涤纶网的支撑使片材具有较强的力学拉伸性能,并且柔软、易卷绕弯折、形状恢复性好,适于与各种产品的结合;片材通过医用双面胶可与纸尿裤等一次性用品形成良好贴合,使其具备了在日常生活或护理中便捷、长期监测使用对象尿液pH值的功能。

关键词： pH变色纳米胶囊瞬时纳米沉淀法受限射流撞击混合器水凝胶片材

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