細(xì)菌纖維素增強(qiáng)復(fù)合材料制備、表征及對(duì)蛋白藥物承載研究.pdf

1、細(xì)菌纖維素是一類性能優(yōu)異的生物高分子材料，在高分子功能材料研究領(lǐng)域中較為活躍，尤其是細(xì)菌纖維素增強(qiáng)復(fù)合材料的制備表征及性能研究頗受關(guān)注。細(xì)菌纖維素作為增強(qiáng)體制備的細(xì)菌纖維素復(fù)合材料種類繁多，性能各異，具有良好的應(yīng)用前景，尤其在生物醫(yī)學(xué)方面。細(xì)菌纖維素含有大量的羥基，具有良好的親水性，與其他水溶性的高分子容易發(fā)生氫鍵結(jié)合，因而細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料在細(xì)菌纖維素增強(qiáng)復(fù)合材料中的研究較為突出。目前細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料

2、的制備方法主要有以下三類:第一類是化學(xué)制備法，將細(xì)菌纖維素經(jīng)過化學(xué)改性之后制備其復(fù)合材料;第二類是生物制備法，在細(xì)菌纖維素培養(yǎng)過程中加入其它水溶性高分子制備細(xì)菌纖維素增強(qiáng)復(fù)合材料;第三類是物理制備法，如凍融循環(huán)法、冷凍真空干燥法等，這兩類方法在細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合膜的制備中應(yīng)用廣泛。然而經(jīng)過凍融法和凍干法制得細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料容易吸水溶脹，降低了其機(jī)械性能，限制了其使用范圍，另外，凍融循環(huán)法和冷凍真空干燥法對(duì)儀

3、器的要求較高，成本也較大，因此，探索細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料的新型制備方法，使得復(fù)合材料的性能進(jìn)一步提高，而制備成本較低的理想方法是非常必要和迫切的。同時(shí)，制備性能、用途各異的細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子多功能納米復(fù)合材料已越來越被重視。為了進(jìn)一步充分開發(fā)利用細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子納米復(fù)合材料，擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)從以下兩個(gè)方面著手:一是應(yīng)對(duì)所需性能的細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子納米復(fù)合材料進(jìn)行制備方法研究;二是應(yīng)對(duì)細(xì)菌纖維素增

4、強(qiáng)水溶性高分子納米復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)研究。
　　本課題首先探索得出細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料的一種簡(jiǎn)易制備方法，即在過飽和的無機(jī)鹽溶液中使用醛交聯(lián)劑通過化學(xué)交聯(lián)制備得到細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料，包括細(xì)菌纖維素增強(qiáng)聚乙烯醇(BC/PVA)復(fù)合材料、細(xì)菌纖維素增強(qiáng)羧甲基纖維素鈉(BC/CMC-Na)復(fù)合材料以及細(xì)菌纖維素增強(qiáng)黃原膠(BC/XG)復(fù)合材料。其次，對(duì)制得細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料的性能進(jìn)行表征

5、研究，同時(shí)探索其在蛋白藥物承載方面的初步應(yīng)用。使用化學(xué)交聯(lián)法制備細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料，如BC/PVA、BC/CMC-Na及BC/XG復(fù)合材料，為制備細(xì)菌纖維素增強(qiáng)復(fù)合材料提供了新思路，制得復(fù)合材料對(duì)蛋白藥物的吸附及釋放性能拓展細(xì)菌纖維素復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。
　　首先，使用甲醛作為交聯(lián)劑在過飽和氯化鈉溶液中交聯(lián)制備細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇(BC/PVA)復(fù)合凝膠膜。通過對(duì)BC/PVA復(fù)合凝膠膜紅外光譜特性、溶脹性

6、能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性的研究討論了化學(xué)交聯(lián)對(duì)BC/PVA復(fù)合凝膠膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明甲醛作為交聯(lián)劑分別與PVA和BC發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)，形成了新的化學(xué)鍵。化學(xué)交聯(lián)后BC/PVA復(fù)合凝膠膜溶脹性能明顯降低，拉伸強(qiáng)度和楊氏模量明顯增加，而斷裂伸長(zhǎng)率降低，熱穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。另外，作為增強(qiáng)體的細(xì)菌纖維素對(duì)化學(xué)交聯(lián)也有明顯貢獻(xiàn)，隨著BC/PVA復(fù)合凝膠膜中BC含量的增加，復(fù)合凝膠膜的溶脹性能降低，拉伸強(qiáng)度和楊氏模量增加。
　　其次，對(duì)比雙

7、官能團(tuán)交聯(lián)劑與單官能團(tuán)交聯(lián)劑對(duì)BC/PVA復(fù)合凝膠膜性能的影響。參考甲醛交聯(lián)制備BC/PVA復(fù)合凝膠膜的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，分別使用單官能醛（甲醛、乙醛）和雙官能團(tuán)醛（乙二醛、戊二醛）作為交聯(lián)劑通過化學(xué)交聯(lián)法制備BC/PVA復(fù)合凝膠膜，在相近交聯(lián)度下通過對(duì)復(fù)合凝膠膜紅外光譜特性、溶脹性能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性以及結(jié)晶性能的研究得出交聯(lián)劑對(duì)復(fù)合凝膠膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相近交聯(lián)度下，雙官能團(tuán)醛交聯(lián)劑交聯(lián)制得BC/PVA復(fù)合凝膠膜溶脹性能相對(duì)較弱

8、，拉伸強(qiáng)度和楊氏模量相對(duì)較高，而交聯(lián)劑對(duì)BC/PVA復(fù)合凝膠膜熱穩(wěn)定性、結(jié)晶性能及生物降解性沒有明顯影響。然而通過化學(xué)交聯(lián)制備得到的BC/PVA復(fù)合凝膠膜對(duì)蛋白藥物牛血清白蛋白(BSA)的吸附效果和釋放效果較差，可能是因?yàn)锽C/PVA復(fù)合凝膠膜具有比較致密的表面結(jié)構(gòu)。
　　再次，為了提高BC/PVA復(fù)合材料對(duì)血清白蛋白的承載能力，制備了BC/PVA多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和BC/PVA褶皺結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。即分別使用過飽和的氯化鈉溶液和丙酮-

9、無水乙醇處理BC與PVA混合漿液，再經(jīng)過化學(xué)方法交聯(lián)制備得到具有一定比表面積的BC/PVA多孔網(wǎng)狀或褶皺狀復(fù)合材料。這種BC/PVA多孔網(wǎng)狀或褶皺狀復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)對(duì)BSA的吸附提供了吸附空間，因此對(duì)BSA具有較好的吸附效果，并且對(duì)BSA的釋放初期出現(xiàn)一定的線性釋放，在創(chuàng)傷敷料方面有一定的應(yīng)用前景。
　　最后，為了進(jìn)一步提高細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性高分子復(fù)合材料對(duì)BSA的吸附效果，通過化學(xué)交聯(lián)法交聯(lián)制備了細(xì)菌纖維素增強(qiáng)水溶性纖維素的復(fù)合

10、材料，即細(xì)菌纖維素/羧甲基纖維素鈉(BC/CMC-Na)和細(xì)菌纖維/素黃原膠(BC/XG)復(fù)合材料。即先用丙酮-無水乙醇分別處理BC/CMC-Na和BC/XG混合勻漿，最后將得到的復(fù)合材料在過飽和氯化鈉溶液中經(jīng)過化學(xué)交聯(lián)，最終得到BC/CMC-Na和BC/XG復(fù)合材料。通過對(duì)所得BC/CMC-Na和BC/XG復(fù)合材料形態(tài)特征觀察發(fā)現(xiàn)CMC-Na和XG能均勻的包覆在BC表面，并能進(jìn)入到BC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，最終形成的BC/CMC-Na和BC/