PNIPA/LDHs及SA/PNIPA/LDHs纳米复合水凝胶的制备与表征

摘要

聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶（PNIPA）是一种温度敏感性智能水凝胶，具有良好的生物相容性、粘弹性和温度响应接近人体生理温度，在药物载体、酶固定、人造肌肉、体内粘合剂及人工智能开关等方面都有着广泛的应用，亦可用作人体组织工程支架的合成。但传统化学交联的 PNIPA水凝胶具有机械强度差、响应速率慢及较脆易碎、不易拉伸等缺点，使其应用受到很大限制。因此，改良此类材料，在组织工程应用中具有重要意义。
　　本论文的研究内容由以下两部分组成：
　　为获取温度敏感的即型水凝胶，本实验以类水滑石(LDHs)和 N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)为原材料，以过硫酸钾(KPS)和四甲基乙二胺(TEMED)引发自由基聚合反应，得到了有机无机 PNIPA/LDHs复合水凝胶，研究了 LDHs质量分数和片层金属摩尔比n(Mg):n(Al)对 PNIPA/LDHs复合水凝胶温敏性的影响。结果表明， LDHs的存在对PNIPA/LDHs复合水凝胶的形成起决定作用，所合成复合水凝胶在33℃左右可实现溶胶-凝胶的可逆性变化。LDHs质量分数对复合水凝胶的胶凝化温度和胶凝时间基本没有影响。TG/DTA结果表明，LDHs添加可使 PNIPA/LDHs复合水凝胶的热稳定性较 NIPA有大幅度提升。DSC结果表明，随复合水凝胶中LDHs质量分数及n(Mg):n(Al)的增加，复合凝胶的吸热峰值稍有增加。流变分析结果表明：PNIPA/LDHs复合水凝胶均在32℃时，体系的储能模量G’和损耗模量G’’随温度增加出现较大增加。n(Mg):n(Al)=3:1（初始原料比）的LDHs1质量分数改变，会改变复合水凝胶的结构，但n(Mg):n(Al)=2:1（初始原料比）LDHs2的添加并没有影响复合水凝胶微观结构的变化。PNIPA/LDHs复合水凝胶均属于非牛顿流体，具有剪切稀化特性。随 LDHs1质量分数的增加，复合水凝胶粘度先增加后下降，G’和G’’两数值随LDHs1质量分数的增加，呈先减小后增加的趋势。随LDHs2质量分数增加，复合水凝胶粘度上升，G’和G’’随LDHs2质量分数的增加而缓慢增加。当质量分数相同时，PNIPA/LDHs1水凝胶比 PNIPA/LDHs2水凝胶有较高的粘度。
　　为提高聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶(PNIPA)的力学性能和机械强度，本研究在类水滑石(LDHs)存在下，以 N-异丙基丙烯酰胺为单体，以四甲基乙二胺、过硫酸钾为引发剂，通过自由基聚合，采用半互穿网络技术，将具有生物活性的天然大分子海藻酸钠(SA)引入 PNIPA水凝胶网络中，制备得到了 SA/PNIPA/ LDHs复合水凝胶。透光率、DSC 测试结果表明：SA质量分数对复合凝胶的LCST基本没有影响，但随SA质量分数的增加，会使复合水凝胶的凝胶化时间变短。红外分析结果表明：SA分子很好的贯穿于PNIPA的交联网络中，于复合水凝胶中稳定存在。流变分析结果表明：随着SA用量的增多，G'、G''均先较大幅度的增加，然后又稍有降低，在SA添加量为1.5ml时达到最大值，此时复合凝胶粘弹性及机械强度的增大。所制备凝胶是非牛顿流体，具有剪切稀化性能，且具有温度稳定性。符合注射性温敏材料的性能要求，有应用于人体受损软骨组织的修复领域的前景。

目录

声明

符 号 说 明

1 前 言

1.1 水凝胶

1.1.1 水凝胶的分类

1.1.2 水凝胶的性质

1.1.3 水凝胶的应用

1.2 智能响应型水凝胶

1.2.1温敏性水凝胶

1.2.2纳米复合水凝胶

1.2.3互穿网络水凝胶

1.3 聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPA）水凝胶

1.3.1 PNIPA水凝胶的结构与性质

1.3.2 PNIPA水凝胶的研究现状

1.4 类水滑石（LDHs）

1.4.1 类水滑石（LDHs）的性质

1.4.2 类水滑石（LDHs）合成方法

1.4.3 类水滑石（LDHs）的应用

1.5 海藻酸钠

1.5.1 海藻酸钠的结构

1.5.2海藻酸钠的理化性质

1.5.3海藻酸钠的研究现状

1.6选题依据和研究内容

2 材料与方法

2.1 材料和仪器

2.2 实验方法

2.2.1 Mg-Al-LDHs的制备

2.2.2 PNIPA/LDHs复合凝胶的制备

2.2.3水凝胶的理化性质

2.2.4 复合水凝胶的温敏性测定

2.2.5 SA/PNIPA复合水凝胶制备

2.2.6 产物的表征

3结果与分析

3.1 PNIPA/LDHs复合水凝胶的表征

3.1.1结构分析

3.1.2温敏性研究

3.1.3热稳定性

3.1.4 微凝胶的流变性研究

3.2 SA/PNIPA复合水凝胶的表征

3.2.1复合水凝胶的透光率

3.2.2红外分析（FT-IR）

3.2.3 差式扫描量热（DSC）

3.2.4 不同SA含量对凝胶化时间产生的影响

3.2.6 粘弹性

3.2.7 温度稳定性

3.2.8 流动曲线和可注射性分析

4结论

5创新之处

参考文献

致谢

8 硕士期间发表论文