载金属离子含羧基多糖基纳米材料的制备及其结构性能表征

摘要

纤维素、壳聚糖和海藻酸等多糖类物质是自然界储藏量最为丰富的天然高分子，具有良好的生物相容性、无毒、可生物降解和环境友好等特点，在生物医用、食品、纺织等领域具有广泛的用途。多糖基纳米材料在组织工程、药物载体和基因治疗等方面潜在的应用成为当前的科研热点之一。因而天然多糖及其衍生物的功能化应用研究和开发备受科学界和产业界关注。
　　 天然多糖大多数不溶于水，在其分子链上引入羧基可以提高水溶性，同时增加其吸附金属离子的能力。本文以水溶性单羧基纤维素类物质(海藻酸、氧化纤维素、羧甲基纤维素)、壳聚糖类物质(羧甲基壳聚糖、氧化壳聚糖)为研究的基础，系统研究了多糖基体的性能指标(分子量、取代度、脱乙酰度)、金属离子的浓度、反应条件(pH值、温度和搅拌速度)等因素对载金属离子多糖微粒的粒径和载金属离子量的影响。用FTIR、WAXD、SEM等手段表征了它们的化学结构、形态结构和抗菌性能，主要的研究结果如下1、研究了氧化反应条件包括氧化体系中各成分用量和反应液pH值、聚集态结构等对氧化反应速率的影响，通过FTIR、WAXD和NMR表征了氧化产物的化学结构。结果表明，壳聚糖和黏胶纤维的C6位伯羟基能够被TEMPO-NaOCl-NaBr氧化体系氧化成羧基，C2和C3伯羟基没有发生氧化现象。壳聚糖和黏胶纤维的C6位羟基完全氧化后具有可溶性。
　　 2、研究了多糖基体的浓度、银离子浓度、反应液pH值、温度和搅拌速度对载银海藻酸、羧甲基纤维素、和氧化壳聚糖微粒粒径和含银量的影响，用FTIR和SEM等手段表征了所制微粒的化学结构和表面形态。结果表明，在多糖浓度为0.1-0.2％，银离子浓度在5-25mmol/l，pH值在3-6时制备了粒径为13-496nm的微粒。
　　 3、系统研究了壳聚糖类基体的性能指标(相对分子量、脱乙酰度和取代度)、铜离子浓度和pH值对载铜壳聚糖、氧化壳聚糖微粒粒径和载铜量的影响，用FTIR、WAXD、和SEM等表征了微粒的化学结构、形态结构和抗菌性能。结果表明，壳聚糖类多糖浓度控制在0.1-0.2％，Cu2+浓度为25-73mmol/l，pH值为3-6，温度15-40℃时可以制得粒径在13-800nm的载铜多糖微粒。载铜后壳聚糖类物质微粒的抗菌性能得到大幅度提高，抗菌性达到99％。在羧甲基壳聚糖浓度为0.1266％、Cu2+浓度为73mmol/l、pH=4.56、t=25℃条件下，载铜羧甲基壳聚糖微粒会形成中空圆环的特别形貌。
　　 4、系统研究了纤维素类基体的性能指标(相对分子量和取代度)、铜离子浓度和pH值对载铜海藻酸、氧化纤维素和羧甲基纤维素微粒粒径和载铜量的影响，用FTIR、WAXD、和SEM等表征了微粒的化学结构、形态结构和抗菌性能。结果表明，纤维素类多糖浓度控制在0.2-0.4％，Cu2+浓度为50mmol/l，pH值为3.5-5.5，温度15-40℃时可以制得粒径在56-382nm的载铜多糖微粒。载铜后海藻酸微粒的抗菌性能得到大幅度提高，载铜海藻酸微粒的抗菌性达到99％。