乙醇诱导的壳聚糖基水凝胶的制备与表征

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水凝胶具有溶胀和扩散运输的能力,这使其与天然组织类似,这一特性有助于水凝胶在生物领域更广泛的应用。近年来,多糖基水凝胶由于其固有的生物相容性和可生物降解性而备受关注。壳聚糖作为多糖的一种,具有多种生物学特性,例如无毒,抗菌活性,抗氧化活性,以及与不同的含有亲水或疏水基团的物质相互作用的能力。这些特性使壳聚糖成为制造水凝胶的理想材料之一。根据交联方法的不同,水凝胶可以被分为物理水凝胶和化学水凝胶。物理水凝胶通常机械性能较弱,网络结构很容易被破坏。与之相反,由于不可逆的共价键作用,化学交联的水凝胶更为坚固稳定,但是一些最常用的化学交联剂是有毒的,例如戊二醛和甲醛。近些年,酶技术的迅速发展则有效避免了这些缺点。但是,酶活性受制于最佳温度或最佳p H等条件,酶法制备水凝胶的条件较为苛刻,且步骤复杂,需要较长时间。因此,我们拟制定出一种方便,快捷的方法来制备安全无毒、机械性能稳定的壳聚糖基水凝胶。本文以壳聚糖(CS)、戊二酸酐(GA)、柠檬醛(C)和香茅醛(CN)为原料,开发了乙醇直接诱导生成壳聚糖基水凝胶的新型方法。将GA、C和CN的乙醇溶液分别与CS溶液以一定的浓度比混合搅拌,然后在几分钟内即可形成稳定的壳聚糖-戊二酸酐水凝胶(CS-GA-H)、壳聚糖-柠檬醛水凝胶(CS-C-H)和壳聚糖-香茅醛水凝胶(CS-CN-H)。据我们所知,目前还没有研究使用乙醇直接诱导合成壳聚糖基水凝胶的报道。在本文中,我们探究了不同浓度比对水凝胶的形成和性能的影响。使用了红外、核磁、扫描电镜分别对CS-GA-H、CS-C-H和CS-CN-H进行了结构表征,并且展开了一系列凝胶性能的测试,探讨了所得水凝胶的理化和生物学性能,为其在生物医药领域的应用奠定了基础。本文的主要研究内容和结论如下:(1)使用乙醇直接诱导CS和GA形成CS-GA-H。凝胶形成时间均小于8.5分钟。使用CS的单体,氨基葡萄糖与戊二酸酐反应,以验证CS和GA之间发生了交联反应。使用FT-IR和~1HNMR分析了其化学结构的变化,证实了CS的N-酰化取代的产生。形成实验表明,乙醇是能否形成水凝胶的关键因素。此外,GA的相对浓度也是影响CS-GA-H的形成和性质的关键参数。当浓度为1.5时,CS-GA-H表现出最高的溶胀(253.6%)和亚甲基蓝释放率(99.9%)。通过扫描电镜观察到了CS-GA-H的多孔结构,当戊二酸酐的相对浓度比从1.5变为4时,凝胶的孔径从500μm减小至200μm。同时,所有水凝胶均表现出良好的机械性能。另外,CS-GA-H对E.Coli和S.aureus具有一定的抑菌性,且对L929细胞无细胞毒性。(2)使用乙醇直接诱导CS和C,制备了CS-C-H。CS-C-H制备过程简单,反应时间均在10分钟以内。FT-IR分析结果表明,CS与C之间发生了席夫碱反应,且壳聚糖-柠檬醛席夫碱之间可能存在着氢键作用。乙醇的存在和C的相对浓度,都会对是否能形成水凝胶产生影响。同时,CS与C的浓度比是影响CS-C-H凝胶性质关键参数。当CS-C-H中C的相对浓度比从1增加到4时,鱼骨肽释放率从56.7%降至40.2%,平衡后的溶胀率从173.73%下降到42.21%。通过扫描电镜观察到了CS-C-H的内部均匀的多孔结构,凝胶的孔径在100μm-600μm之间。同时,所有的水凝胶均表现出良好的机械性能。另外,CS-C-H对E.Coli和S.aureus均具有一定的抑菌性,且对L929细胞无细胞毒性。(3)使用乙醇直接诱导CS和CN,制备了CS-CN-H。CS-CN-H的形成时间均小于5.5分钟。FT-IR分析结果表明,CS与CN之间发生了席夫碱反应,且壳聚糖-香茅醛席夫碱之间可能存在着氢键作用。乙醇的存在和CN的相对浓度,都会对是否能形成水凝胶产生影响,且CS与CN的浓度比是影响CS-CN-H的凝胶特性的关键参数。当CS-CN-H中CN的相对浓度比从1增加到4时,鱼骨肽释放率从99.2%降至52.7%,平衡后的溶胀率从179.84%下降到67.51%。通过扫描电镜观察到了CS-CN-H内部具有多孔结构,凝胶的孔径在100μm-500μm之间。同时,所有的水凝胶均表现出稳定的机械性能。另外,CS-CN-H对E.Coli和S.aureus均具有一定的抑菌性,且对L929细胞无细胞毒性。
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