环境敏感性角蛋白基高分子水凝胶的制备及其性能

摘要

羽毛角蛋白作为一种资源丰富且价格低廉的天然高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性和疏水性，以及胱氨酸含量较多而具有理化特性，但其易被蛋白酶分解且机械性能较差。因此，可通过改性来拓宽羽毛角蛋白的应用领域。本文以羽毛角蛋白（FK）为原料，分别甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）、衣康酸（IAc）和N-异丙基丙烯酰胺（NiPA）为功能性单体，用海藻酸钠（SA）为酸敏感性多糖，制备刺激相应性高分子水凝胶。采用傅里叶红外光谱（FT-IR）、热重分析（TG）和扫描电镜（SEM）等对角蛋白基高分子凝胶的结构与热稳定性、水凝胶形貌进行表征，并研究其溶胀和药物释放性能。本研究分为四个部分：
　　第1章，在对角蛋白的结构、分类、提取方法进行介绍的基础上，主要从天然高分子材料的角度，对角蛋白的改性、材料制备及其应用研究进展进行了综述。角蛋白材料常用物理共混和接枝聚合方法进行改性，从而制备环境友好型的复合材料；角蛋白的降解主要采取微生物法和酶解法。由于角蛋白水解可产生多种氨基酸，并且具有良好的生物相容性和生物降解性，其主要用做医用材料、药物缓释材料、日用材料、食品包装材料、地膜材料，也可作为较好的重金属离子吸附剂和废水脱色剂。总之，对角蛋白材料的开发和应用具有非常广阔的前景。
　　第2章，采用顺序互穿网络法，选用它们共同的良溶剂（尿素溶液）作为反应介质，将羽毛角蛋白（FK）与甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）共混。同时选用戊二醛（GA）作为FK的交联剂，水溶性氧化还原引发剂APS用来引发单体HEMA聚合，用MBA做交联剂，使得FK与HEMA进行交联聚合形成互穿网络。采用FT-IR、TG和SEM对凝胶结构、热稳定性和形貌进行了表征，发现水凝胶具有多孔结构。研究了FK/PHEMA互穿聚合物网络水凝胶在不同介质中的溶胀性能以及再溶胀性能。结果表明，该水凝胶的溶胀性能以及再溶胀性能良好，以小分子罗丹明 B（RB）和盐酸阿霉素（Dox?HCl）以及大分子（BSA）为药物分子，考察FK/PHEMA水凝胶对药物的负载与释放性能。发现 FK/PHEMA水凝胶对小分子RB和Dox?HCl的载药量分别为60.9％、63.2%，对大分子BSA的载药量为44.5%。在 pH=8.4时，FK/PHEMA互穿聚合物网络水凝胶在体温（37℃）时对 Dox?HCl具有最大累积释放率（90.9%）。
　　第3章，以羽毛角蛋白（FK）作为生物高分子基材，选用价格低廉、无毒稳定的衣康酸（IAc）作为酸敏性单体、N-异丙基丙烯酰胺(NiPA)作为温敏性单体，MBA为交联剂，首先，将聚N-异丙基丙烯酰胺(PNiPA)与FK结合，其次，引入衣康酸（IAc），制备具有互穿网络结构的双敏感性角蛋白高分子水凝胶（FK/PNiPA-PIAc）。选用罗丹明B（RB）、盐酸阿霉素（Dox?HCl）为小分子药物、BSA为大分子药物，研究FK/PNiPA-PIAc水凝胶在不同温度及pH介质中对不同分子量药物的释放性能。在37℃下，当pH=7.4时，FK/PNiPA-PIAc双敏感水凝胶对 RB的累积释放率达到最大值（83.5%），对 Dox?HCl的累积释放率达到最大值（93.3%）。
　　第4章，将羽毛角蛋白与具有 pH敏感性的天然高分子海藻酸钠(Sodium alginate，SA)和温度敏感性的N-异丙基丙烯酰胺（NiPA）通过聚合反应得到智能高分子水凝胶（FK/SA和FK/SA-PNiPA），并对它们的性能进行了探究。研究了SA的含量对凝胶结构、形貌、溶胀度的影响。选用罗丹明B（RB）、盐酸阿霉素（Dox?HCl）为小分子药物、BSA为大分子药物，研究FK/SA和FK/SA-PNiPA凝胶在不同温度和pH介质中对药物的释放性能。在37℃下，pH=7.4时，FK/SA水凝胶对 RB的累积释放率达到最大值（85.4%），在12hr时，BSA的累积释放可达到73.8%。在37℃下，当pH=7.4时，FK/SA-PNiPA水凝胶对 RB的累积释放率达到最大值（82.6%），对 BSA的累积释放率达到最大值（74.0%），对DoxHCl的累积释放率达到最大值（78.6%）。当pH=7.4时，在42℃下，FK/SA-PNiPA水凝胶对 RB的累积释放率达到最大值（91.0%），对BSA的累积释放率最大值（81.3%），对 Dox?HCl累积释放率最大(90.4%)。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第1章 角蛋白材料研究进展

1.1 前言

1.2 角蛋白的组成、结构与来源

1.3 角蛋白的提取与改性

1.4 角蛋白及其衍生物的应用

1.5 角蛋白基高分子材料及其应用

1.6 课题设计与意义

Reference

第2章 FK/PHEMA互穿聚合物网络水凝胶的制备及性能研究

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果和讨论

2.4 结论

References

第3章 FK/衣康酸聚合物双敏感水凝胶的制备及性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

References

第4章 FK/海藻酸钠聚合物水凝胶的合成及其性能

4.1 FK/海藻酸钠水凝胶的合成及性能

4.2 FK/SA-PNiPA聚合物水凝胶的合成及其性能研究

References

第5章 总结与展望

5.1 论文主要结论与创新点

5.2 展望

硕士期间发表论文及参加的科研项目

致谢