基于明膠的納米材料制備及性能研究.pdf

1、明膠是用酸或堿處理膠原蛋白得到的變性產物，是多種氨基酸的縮聚物。明膠由于具有分散等多重優(yōu)異功能，在傳統(tǒng)的感光材料中的應用已有一百多年的歷史。由于來源豐富、生物相容性好，目前基于明膠的研究多集中在軟和硬的組織工程材料。明膠良好的乳化性能，高的側鏈反應活性以及理想的生物相容性，是制備聚合物基納米材料的理想材料。本論文利用明膠為基礎原料，制備了納米孔薄膜材料、抗菌的組織工程材料、貴金屬納米顆粒和明膠-氧化鋅復合物，開拓了明膠在納米科技領域中的

2、應用。主要內容如下：
　　 1.具有有序納米孔結構的明膠-g-PMMA薄膜的制備
　　 明膠分子鏈中含有懸掛雙鍵，烯烴類單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)可接枝改性明膠，以明膠和MMA自由基聚合反應中產生的副產物PMMA微球作為模板制備多孔的明膠接枝聚甲基丙烯酸甲酯(明膠-g-PMMA)薄膜材料。通過調節(jié)聚合工藝參數和向聚合體系中加入添加劑來改變明膠與PMMA之間的物理化學作用對薄膜中的孔形貌進行調節(jié)，探討薄膜的形成機理。單層

3、和多層膜的薄膜可通過調節(jié)明膠-g-PMMA乳液中的固含量來控制。采用該技術路線，成功制備出具有有序孔結構的殼聚糖-g-PMMA和明膠-g-PS薄膜。本研究不但提供了一種制備有序孔結構薄膜的新路線，而且開拓了傳統(tǒng)自由基聚合方法在制備新型功能納米材料中的應用。
　　 2.明膠-g-PMMA/Ag雜化多孔薄膜的制備及抗菌性能研究
　　 PMMA接枝改性明膠，改善了固態(tài)明膠的粘合和潤濕特性以避免明膠在人體體溫(37℃)下溶解，同

4、時利用兩親性明膠-g-PMMA大分子的乳化性能，調控銀納米顆粒的生長來制備具有抗菌性能的明膠基的軟組織工程材料。并探討薄膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑殺菌效果。研究結果表明，選用明膠與MMA的質量比為1時，采用簡單自由基聚合的方法使明膠的接枝率為42％，明膠-g-PMMA薄膜具有良好的潤濕性能。當銀納米顆粒在薄膜中的含量為26.5mg/g(mAg/mgelatin)時，薄膜的孔徑為～3 nm，銀納米顆粒的尺寸為～6 nm。菌液中薄膜的

5、濃度為50μg/mL時，抑殺菌的效果明顯，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率超過98％，并具有長效性。
　　 3.明膠輔助貴金屬納米顆粒的合成及其相互作用的研究
　　 應用明膠作為還原劑和穩(wěn)定劑來制備Au、Ag、Au-Ag合金納米顆粒。通過應用紫外-可見光譜、核磁、熒光和投射電鏡等方法來研究納米顆粒與明膠蛋白之間相互作用。討論了Au納米顆粒形貌的控制、抗鹽和pH誘使的顆粒聚集行為。研究結果表明：(a)通過1HNMR證明在

6、80℃時，明膠中的谷氨酸和疏水的脯氨酸組分可以還原貴金屬離子來制備納米顆粒；(b)可通過明膠的濃度和溶液的pH兩種方式來調控納米顆粒的尺寸。由于明膠同時作為納米顆粒生長的穩(wěn)定劑和還原劑，明膠濃度的改變，使顆粒的生長受到極大的影響；溶液pH的改變使明膠肽鏈的構型和明膠殘基的給電子能力發(fā)生了改變，影響了明膠肽鏈對貴金屬離子的還原能力。(c)明膠-Au、明膠-Ag、明膠-Au-Ag膠體穩(wěn)定性強，納米顆粒和明膠肽鏈中多個基團之間存在強烈的相互作

7、用，其中明膠中的氨基基團與納米顆粒之間的綁定作用力最強。由于多個氨基酸序列對Au納米顆粒有強烈的綁定作用，使明膠-Au膠體抗鹽和pH的穩(wěn)定性最強；(d)通過實驗結果證明明膠與貴金屬納米顆粒之間形成了穩(wěn)定的復合物，在溫度高于明膠的溶膠-凝膠溫度，明膠肽鏈在溶液中是一種無規(guī)卷曲的大分子鏈，納米顆粒鍵合在大分子鏈上。當溫度冷卻到室溫時，金納米顆粒和明膠肽鏈自組裝成三維α-螺旋結構。
　　 4.通過連續(xù)流動注射的方法合成ZnO-明膠復合

8、物
　　 以明膠作為ZnO晶體生長的調節(jié)劑，采用連續(xù)流動注射的方法，成功制備了長方體、孿生的六角盤狀和片狀的ZnO-明膠復合物。研究液體的流速和反應溫度對晶體生長的影響。當溫度保持不變，納米顆粒的形貌變化不大，流速快不僅僅使顆粒的尺寸變小而且均勻。當流速保持一定，溫度變化幅度大，將影響顆粒的形貌。明膠中帶有負電荷的羧基與ZnO晶體的(0001)極面發(fā)生相互作用，肽鏈中的大量的羧基與Zn2+之間產生螯合作用來降低(0001)面的表