淀粉类医用海绵的制备及结构性能研究

摘要

由天然高分子制备的多孔性可吸收医用海绵在伤口辅料、药物释放、细胞培养和组织工程等方面显示出诱人的应用前景，近年来受到人们广泛的关注。用于此目的医用海绵应具有较大的孔洞表面积、能够完全降解和能够被人体吸收。淀粉作为自然界最丰富的天然聚合物之一，由于具有良好的生物相容性，无毒和无过敏反应等优点，是一种理想的制备医用海绵的材料。制备多孔性医用海绵有许多方法，其中冷冻干燥法是最简单和最有应用价值的方法之一，可以在不使用任何有机试剂的条件下制备出多孔的海绵。
　　 本论文首先对原淀粉进行了糊化与接枝改性，然后通过冷冻干燥法制备了糊化淀粉海绵和接枝淀粉海绵，对海绵结构、形态及性能进行了表征，并且研究了冷冻干燥过程中不同预冻条件对海绵成型及孔洞结构的影响。主要的研究结果归纳如下：
　　 (1)采用冷冻干燥方法制备淀粉医用海绵，研究了影响海绵结构与性能的主要因素。发现淀粉须经糊化改性才能得到具有多孔的医用海绵，糊化的淀粉是一种淀粉分子之间会互相联结、缠绕，网状的含水胶体，其内部形成三维的网络结构，具有良好的孔洞结构。在冷冻干燥过程中，胶体中的液态水变成固态冰，然后在高真空环境下，将冰直接升华成水蒸气，从体系中抽出，从而形成三维网络结构的多孔海绵。糊化改性后制备的淀粉海绵显示出良好的吸水倍率、吸水速率和机械性能。
　　 (2)详细研究了冷冻干燥条件中预冻对海绵结构和形态的影响，结果发现：冷冻条件对海绵内部孔洞的结构有很大的影响。随着预冻温度的降低，海绵的孔洞尺寸也减少；此外，通过扫描电子显微镜表征了海绵中不同部位孔洞的结构，发现孔洞的尺寸、取向、和均匀性等均受到传热方式显著的影响。通过控制传热可以调节海绵内部孔洞的结构形态。
　　 (3)通过接枝共聚方法在淀粉的分子链上引入亲水性的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸，对糊化淀粉进行进一步改性。接枝淀粉的化学结构用红外光谱和核磁共振表征。将接枝淀粉经冷冻干燥制备成海绵，并研究了接枝淀粉组成对对海绵的成型性能、物理机械性能及吸水性能的影响。结果表明：与糊化淀粉海绵相比，接枝淀粉海绵吸水速率快，吸水倍率高，力学性能优良，其性能较糊化淀粉海绵有进一步的提高。
　　 (4)论文还进行了淀粉／聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)复合海绵的制备及淀粉膜的初步研究。扫描电镜的观察表明，淀粉/PNIPAAm复合海绵具有相互贯通的孔洞结构，这大大提高了其吸水性能。同时，由于引入了热敏性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)，复合海绵还具有一定的温度敏感性。另外，论文还探索了制备淀粉膜的不同方法，发现在空气中缓慢干燥可以制备出具有较好透明性和柔韧性的淀粉膜。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 淀粉

1.2.1 淀粉的组成

1.2.2 淀粉的结构

1.3 淀粉的改性

1.3.1 淀粉的糊化

1.3.2 淀粉的酸改性

1.3.3 淀粉的氧化改性

1.3.4 淀粉的交联

1.3.5 淀粉的接枝

1.4 冷冻干燥

1.4.1 冷冻干燥原理

1.4.2 冷冻干燥技术的应用

1.5 几种常见的医用海绵

1.5.1 明胶类医用海绵

1.5.2 壳聚糖类医用海绵

1.5.3 羧甲基纤维素类医用海绵

1.5.4 海藻酸盐类医用海绵

1.5.5 纤维蛋白类医用海绵

1.5.6 透明质酸类医用海绵

1.5.7 聚乳酸类医用海绵

1.5.8 聚乙烯醇医用海绵

1.6 医用海绵的应用

1.6.1 伤口敷料

1.6.2 组织工程支架

1.6.3 药物缓释

1.7 本课题得研究背景和内容

第二章 淀粉的糊化改性及医用海绵的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料与试剂

2.2.2 淀粉原料的性能与表征

2.2.3 淀粉的糊化

2.2.4 淀粉海绵的制备及结构性能表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 原料的性能分析与结构表征

2.3.2 淀粉的糊化

2.3.3 糊化改性淀粉海绵的成型

2.3.4 糊化改性淀粉海绵的结构与性能

2.4 本章小结

第三章 冷冻干燥过程中热量传递对海绵孔洞结构的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 DSC法测定淀粉糊共晶点

3.2.3 预冻过程中冷冻曲线的测定

3.2.4 淀粉海绵的制备

3.2.5 淀粉海绵截面的扫描电镜(SEM)

3.3 结果与讨论

3.3.1 淀粉糊的共晶温度和共熔温度的测定

3.3.2 预冻过程中降温曲线的分析

3.3.3 海绵表面与截面形态

3.3.4 海绵内部结构形态的分析

3.4 本章小结

第四章 木薯淀粉的接枝改性及其医用海绵的制备

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 原料与试剂

4.2.2 接枝淀粉的制备

4.2.3 接枝淀粉的表征

4.2.4 接枝淀粉海绵的制备

4.2.5 接枝淀粉海绵的形态及性能

4.3 结果与讨论

4.3.1 接枝淀粉化学结构分析

4.3.2 接枝淀粉海绵的成型性能

4.3.3 接枝淀粉海绵的扫描电镜(SEM)观察

4.3.4 接枝淀粉海绵吸水速率

4.3.5 接枝淀粉海绵吸水倍率

4.4 本章小结

第五章 淀粉复合海绵和淀粉膜制备初探

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 原料与试剂

5.2.2 淀粉/PNIPAAm复合海绵及淀粉膜的制备

5.2.3 复合海绵及马铃薯膜的表征

5.3 结果与分析

5.3.1 复合海绵的形态和性能

5.3.2 马铃薯淀粉膜的成型与性能

5.4 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢