甘蔗渣纤维素基智能水凝胶的合成、性能及药物释放研究

摘要

甘蔗渣是甘蔗经过压碎和提取汁液后得到的残渣，是最大的纤维素工业副产品之一。由于甘蔗的广泛栽培，甘蔗渣废料成本低、绿色环保和可再生而被视为制造新材料的理想原料。以纤维素为基材制备的智能水凝胶（环境敏感型水凝胶）在药物控制释放、生物材料和废水处理等方面都有着广阔的应用前景，已经成近年来新材料开发研究的热点。本文以甘蔗渣纤维素(SBC)为主要原料，制备几种具有不同环境敏感性的智能水凝胶，对水凝胶的结构和性能进行了研究，并探讨了水凝胶在药物缓释中的潜在应用。主要研究内容和结果如下:
　　1、通过使用亚硫酸钠和氢氧化钾对甘蔗渣浆进行预处理，去除甘蔗渣中的半纤维素和木质素等杂质，得到高纯度的甘蔗渣纤维素。SEM结果表明，未处理的原始纤维表面比较致密、紧实，经过处理后的纤维变得较短且柔软，表面分离出更多细小的纤维。
　　2、以SBC和羧甲基纤维素(CMC)为原料，在低温环境中分别溶于NaOH/尿素水溶液体系，环氧氯丙烷(ECH)为交联剂制备SBC/CMC水凝胶。以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为温敏单体，通过互穿聚合物网络(IPN)分步合成方法，成功制备出新型的具有IPN结构的SBC/CMC-NIPAm水凝胶。SEM和FTIR的结果可以看出，SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶均为多孔结构，两个网络在水凝胶中表现出良好的相容性和均匀的形貌，第一和第二网络的存在是相互独立的。压缩测试结果表明水凝胶具有较好的机械强度，SBC/CMC(2∶1)水凝胶表现出最佳的力学性能，最大可承受80KPa的压缩应力。通过对水凝胶平衡溶胀比和再溶胀能力的研究，测试了SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶的溶胀能力，并证明其具有pH和温度敏感性。
　　3、以SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶为载体，牛血清白蛋白(BSA)为药物模型，对水凝胶的载药及药物缓释性能进行初步的研究。无论是IPN型还是非IPN型水凝胶，在前60分钟都表现出爆发释放，然后缓慢释放直至平衡。在模拟胃液(SGF,pH=1.35)中累积释放的BSA量明显高于在磷酸缓冲液(PBS，pH=7.4)中的释放量，证明了pH敏感性对药物释放的影响。在37℃环境下的释放量远大于23℃时的释放量，前者释放量是后者的两倍以上。而且在23℃环境下IPN水凝胶的释放量仅是SBC/CMC水凝胶释放量的1/2。证明了温度敏感性对药物释放的影响。
　　4、以SBC和海藻酸钠(SA)为原料，成功制备具有pH敏感性的大孔水凝胶。通过表征可以看出SBC/SA水凝胶比纯SBC水凝胶孔径更大，SBC/SA水凝胶中两种成分之间发生了化学反应形成一个整体，，SA的加入降低水凝胶的热稳定性。在纤维素水凝胶中引入SA能显著增加凝胶的孔径和溶胀能力，纤维素的半刚性链起到了支撑孔壁的作用。通过水凝胶在不同pH值环境中的溶胀度可以看出，SBC/SA水凝胶的溶胀比和pH值有明显关联，说明海藻酸钠的存在使水凝胶具有了pH敏感性。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 甘蔗渣

1．2．1 甘蔗渣利用

1．2．2 甘蔗渣预处理

1．3 纤维素

1．3．1 纤维素溶解体系

1．3．2 纤维素的应用

1．4 智能水凝胶

1．4．1 智能材料

1．4．2 水凝胶

1．4．3 互穿聚合物网络水凝胶

1．4．4 水凝胶的应用

1．5 本课题研究意义及内容

1．5．1 本课题的研究意义

1．5．2 本课题的研究内容

第二章 甘蔗渣纤维素基IPN水凝胶的制备和性能研究

2．1 引言

2．2 实验试剂和仪器

2．3 实验部分

2．3．1 甘蔗渣浆的预处理

2．3．2 SBC／CMC水凝胶的制备

2．3．4 表征

2．3．5 压缩测试

2．4．1 甘蔗渣纤维素的形貌

2．4．2 水凝胶的合成流程

2．4．3 水凝胶的结构和形态

2．4．4 水凝胶的红外分析

2．4．5 水凝胶的热重分析(TG／DTG)

2．4．6 SBC／CMC水凝胶的力学性能

2．4．7 SBC／CMC水凝胶的溶胀行为

2．5 本章小结

第三章 pH和温度敏感型水凝胶药物缓释性能研究

3．1 引言

3．2 实验药品和仪器

3．3 实验部分

3．3．1 牛血清白蛋白(BSA)标准曲线的测定

3．3．2 载药水凝胶的制备

3．3．3 模拟体外药物释放

3．4 结果分析与讨论

3．4．2 SBC／CMC和IPN水凝胶释放

3．5 本章小结

第四章 甘蔗渣纤维素-海藻酸钠水凝胶的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验药品和仪器

4．3 实验部分

4．3．1 SBC／SA水凝胶的制备

4．3．2 扫描电镜(SEM)

4．3．6 pH敏感性

4．4 结果分析与讨论

4．4．1 SBC／SA水凝胶的形貌观察

4．4．2 SBC／SA水凝胶的红外分析

4．4．3 SBC／SA水凝胶的热重分析

4．4．4 SBC／SA水凝胶的溶胀性能

4．4．5 SBC／SA水凝胶的pH敏感性

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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