環(huán)境響應(yīng)型水凝膠的合成、性能及其應(yīng)用研究.pdf

1、本論文主要從研究智能水凝膠的合成方法和性能出發(fā)，研究了如何提高凝膠的響應(yīng)性能、力學(xué)性能等一系列性質(zhì)。在充分研究凝膠各種性能的基礎(chǔ)上，選擇性能優(yōu)良的凝膠為研究對(duì)象，探討了凝膠在生物分離、藥物釋放、機(jī)械閥門等領(lǐng)域的應(yīng)用。我們?cè)O(shè)計(jì)了幾套實(shí)際模型并測試了模型的性能。 本文采用光聚合、熱聚合、氧化還原聚合以及IPN法等不同的聚合方法合成聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPA)溫敏凝膠。通過對(duì)凝膠退溶脹、再溶脹等性能的測試發(fā)現(xiàn)，不同方法合成的PN

2、IPA凝膠均具有很明顯的溫度響應(yīng)性，但其響應(yīng)速率和力學(xué)性能有所不同。PNIPA溫敏凝膠具有很好的溫度可逆性，在升溫失水收縮后，降溫能夠恢復(fù)，這個(gè)結(jié)果說明PNIPA溫敏型凝膠有很好的重復(fù)利用性能。這在凝膠的應(yīng)用過程中非常有價(jià)值。比較不同方法合成的凝膠，我們選擇綜合性能良好的光二次聚合凝膠做進(jìn)一步的應(yīng)用測試。 在課題組前面工作的基礎(chǔ)上，我們選擇具有較好強(qiáng)度和生物相容性的N-異丙基丙烯酰胺與葡聚糖衍生物(P(NIPA-co-GMA-D

3、ex))的共聚水凝膠，就如何提高凝膠的響應(yīng)性能進(jìn)行了研究。首先研究了尺寸對(duì)凝膠響應(yīng)性能的影響，結(jié)果表明，不同凝膠尺寸對(duì)P(NIPA-co-GMA-Dex)凝膠退溶脹、再溶脹速率影響很大，尺寸越小，凝膠的響應(yīng)速度越快，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們將通過氧化還原方法制備的PNIPA凝膠粉碎，在顯微鏡下觀察了微小凝膠的溫度響應(yīng)性能。結(jié)果表明微小凝膠具有優(yōu)良的溫度響應(yīng)性能，響應(yīng)速度快，并且具有很好的溫度響應(yīng)可逆性，且經(jīng)多次升降溫循環(huán)后，凝膠的響應(yīng)性能衰減

4、不大。這個(gè)結(jié)果對(duì)凝膠在微機(jī)械方面的應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。其次通過在凝膠合成過程中加入CaCO3粒子作致孔劑制備多孔凝膠，發(fā)現(xiàn)多孔凝膠比常規(guī)凝膠的響應(yīng)速度要快。 在研究凝膠響應(yīng)性能的基礎(chǔ)上，我們探討了凝膠在生物分離和在機(jī)械方面的應(yīng)用。選擇多孔凝膠測試了凝膠對(duì)牛血清蛋白(BSA)溶液的濃縮效果，發(fā)現(xiàn)用CaCO3粒子作致孔劑的P(NIPA-co-GMA-Dex)凝膠較常規(guī)P(NIPA-co-GMA-Dex)凝膠對(duì)BSA溶液有更好的濃

5、縮效果。根據(jù)溫敏凝膠的溫度響應(yīng)可逆性，測試了凝膠在濃縮牛血清蛋白(BSA)的重復(fù)使用性能，發(fā)現(xiàn)凝膠有良好的重復(fù)使用性能。根據(jù)凝膠的溫敏性和對(duì)蛋白質(zhì)溶液的濃縮作用，設(shè)計(jì)了三套機(jī)械模型，其中兩套用于控制冷熱水的流向，一套用于濃縮蛋白質(zhì)溶液。通過對(duì)這三套機(jī)械模型性能的測試，證明了凝膠在實(shí)際應(yīng)用過程中的可行性。 用光聚合和熱聚合兩種方法分別合成了電敏凝膠聚2—丙烯酰胺基—2甲基丙磺酸凝膠(PAMPS)和2—丙烯酰胺基—2甲基丙磺酸與丙烯

6、酰胺共聚凝膠(P(AMPS-co-AAM))，并對(duì)兩種電敏凝膠的響應(yīng)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAMPS凝膠在單體(AMPS,1mol/L)，交聯(lián)劑(N,N′亞甲基雙丙烯酰胺(MBAA)，5mol％)，引發(fā)劑(α-氧代戊二酸(KGA)，0.8mol％)及光照時(shí)間為4h的條件下合成凝膠的性能比較好。P(AMPS-co-AAM)凝膠和PAMPS凝膠相比具有較好的力學(xué)性能，但是溶脹率和電響應(yīng)性能下降。P(AMPS-co-AAM)凝膠電響應(yīng)