大豆分离蛋白基双网络凝胶的制备及性能研究

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大豆分离蛋白(SPI)作为一种天然来源的植物蛋白,具有良好的生物相容性、降解性、低免疫原性等优点。基于SPI的凝胶能够具备SPI的各种性质,已被应用于离子吸附、药物递送、组织工程等领域。然而,目前SPI凝胶结构不够稳定,力学性能普遍较弱,极大地限制了其应用。本论文通过物理交联和化学交联相结合,设计了两类力学性能良好的SPI基双网络凝胶。在受到外力作用时,凝胶中由氢键作用形成的物理交联网络能较好地消散能量且可恢复,由SPI与交联剂形成的化学交联网络能保持凝胶结构的稳定。此外,凝胶还具有良好的粘附性、生物降解性和药物缓释等性能。具体工作如下:(1)以SPI、聚乙烯醇(PVA)、KH560为原料,制备了SPI/PVA/KH560双网络水凝胶。SPI与KH560在碱性条件下通过化学交联形成第一重网络,而PVA分子间、PVA与SPI之间通过氢键交联形成第二重网络。采用FT-IR、XRD、DSC和SEM对凝胶的结构和形貌进行了表征,并且通过拉伸和压缩测试考察了凝胶的力学性能。结果显示,该水凝胶具有良好的力学性能,其拉伸断裂应力、断裂应变和80%形变下的抗压缩强度分别达到105.0±2.2 k Pa、356±22%、1253.2±0.1 k Pa。以牛血清白蛋白为药物模型的药物释放试验结果表明,该凝胶具有良好缓释性能,累积释放率和释放时长分别达到76.46%、720 min。此外,该凝胶还具有良好的粘附性和生物降解性。(2)以SPI、N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)为原料,制备出具有双网络结构的SPI/PHEAA/PEGDE水凝胶,再通过溶剂置换法得到SPI/PHEAA/PEGDE双网络有机凝胶。FT-IR、XRD结果证实了SPI与PEGDE之间的交联反应以及网络中各分子间的相互作用,SEM结果表明凝胶的孔径受到SPI分子链以及网络交联密度的影响。该有机凝胶具有显著增强的力学性能,其拉伸断裂应力、断裂应变、80%形变下的抗压缩强度分别达到329.0±2.8 k Pa、342±4%、1217.5±32.3 k Pa。此外,该凝胶还表现出良好的粘附性、自愈合性能、抗冻性、保湿性和生物降解性。并且,该凝胶在作为抗冰薄膜应用时表现出良好的抗冰保护性能,且在作为基质应用于传感器件时表现出良好的导电性、快速响应性和良好的稳定性。
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