季铵化壳聚糖基碘生物材料的制备及性能表征

摘要

甲壳素是仅次于纤维素的第二大天然可再生资源，壳聚糖是其脱乙酰后的天然高分子碱性多糖，具有许多独特的生物活性，被广泛运用于医用材料和功能材料等领域。由于壳聚糖自身的一些缺陷，如水溶性差，抑菌效果不明显等，限制其用途。本实验研究目的是为了改善壳聚糖水溶性，同时增加其抑菌效果，扩大其应用范围。
　　采用“保护氨基-改性反应-脱保护恢复氨基”技术定位接枝方法，在壳聚糖 C2位和C6上分别引入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵官能团和氨基硫脲官能团，制得O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖（O-HTCC-ATU）。分别讨论了各个不同因素对O-HTCC-ATU产量的影响，并应用L18（37）正交优化制备O-HTCC-ATU的条件。通过红外光谱、1HNMR波谱对其结构进行了表征，通过TG对其热稳性能进行了分析。实验结果表明：O-HTCC-ATU的最佳制备实验条件为：苯甲醛用量为10mL、B-CTS与CTA反应时间为7h、B-CTS与CTA反应温度为70℃、m(CTA)/m(B-CTS)质量比为1:4、O-HTCC与 ATU的反应时间为5h、O-HTCC与 ATU的反应温度为60℃以及m(O-HTCC)/m(ATU)的质量比为1:3；引入不同的官能团虽增加了其水溶性，但也削弱了其热稳性能。
　　采用溶液共混法，制得 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖明胶膜和O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘明胶膜。讨论了制备O-HTCC-ATU凝胶膜的影响因素，并应用L9（34）正交优化得到最佳制备条件，通过红外、XRD、SEM、TG、碘含量测定、碘释放以及抑菌性实验对O-HTCC-ATU-I2膜进行了表征和测试。实验结果表明，O-HTCC-ATU凝胶膜最佳制备条件为：ω（明胶）为20％、反应时间为2h、反应温度为50℃、ω（PVP）为20%。O-HTCC-ATU凝胶膜对单质碘的络合量随碘乙醇浓度的增加而增大。在pH=7的缓冲溶液中，O-HTCC-ATU-I2膜缓慢释放碘，60min达到最大值。碘的加入，在一定程度上改变了凝胶膜内各组分的分子结构，同时也和各组分有很好的相容性。O-HTCC-ATU-I2膜（ω（I2）=21.76%）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环直径分别为（42±1）mm和（40±1）mm，均为高度敏感。
　　采用化学交联法，制得 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖/聚乙烯醇共混膜和O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘聚乙烯醇膜。讨论了制备O-HTCC-ATU/PVA共混膜的条件， 并应用L9（34）正交优化得到最佳制备条件，通过红外、XRD、SEM、TG、碘含量测定、碘释放以及抑菌性实验对O-HTCC-ATU/PVA-I2膜进行了表征和测试。实验结果表明，制备O-HTCC-ATU/PVA共混膜的最佳条件为：聚乙烯醇与O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖的质量比为30/70、ω（戊二醛）为1%、反应时间1.5h、反应温度70℃。O-HTCC-ATU/PVA共混膜对单质碘的络合量随碘乙醇浓度的增加而增大。在pH=7的缓冲溶液中，在前20min内O-HTCC-ATU/PVA-I2膜快速释放碘，65min后达到平衡状态。O-HTCC-ATU/PVA-I2膜（ω（I2）=15.36%）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环直径分别为（42±1）mm和（40±1）mm，均为高度敏感。

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符号和缩写词说明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 壳聚糖的性质

1.3 壳聚糖衍生物的研究进展

1.4 壳聚糖基生物材料的概述

1.5 论文设计思想

第二章 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖的制备及表征

2.1 引言

2.2 主要试剂与仪器

2.3 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖的制备

2.4 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖的制备条件探索

2.5 测试与表征

2.6 结果与讨论

2.7 小结

第三章 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘明胶膜的制备与表征

3.1 引言

3.2 主要试剂与仪器

3.3 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖明胶膜的制备

3.4 单因素考察O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖明胶膜的制备条件

3.5 正交设计优化O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖明胶膜的制备条件

3.6 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘明胶膜的制备

3.7测试与表征

3.10 结果与讨论

3.11 小结

第四章 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘聚乙烯醇膜的制备与表征

4.1 引言

4.2 主要试剂与仪器

4.3 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖聚乙烯醇膜的制备

4.4单因素考察O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖聚乙烯醇膜的制备条件

4.5正交设计优化O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖聚乙烯醇膜的制备条件

4.6 O-季铵化-N-氨基硫脲壳聚糖碘聚乙烯醇膜的制备

4.7测试与表征

4.10 结果与讨论

4.11 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 后续研究工作建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢