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聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶具有温度敏感特性,人们可以利用这一特性在一定温度释放出预先溶涨在凝胶中的物质,以达到分离、提纯物质的效果。此外,这种温度敏感水凝胶还可广泛应用于药物缓释、活性酶的包埋、化学反应的控制、记忆元件开关等。
壳聚糖具有无毒、无味、生物可降解和生物相容性等特性,它们被广泛应用于纺织、印染、污水处理、生物医药、食品、造纸、日用化工等许多领域,国内外已进行了较为深入的研究。
本文应用接枝共聚反应使NIPA与壳聚糖接枝共聚,从而得到结合了两种物质优点的具有新功能与用途的新材料。具体工作包括以下几个方面:首先,本文采用硝酸铈铵为引发剂使NIPA与壳聚糖接枝共聚,制得了温度敏感性的接枝产物,并测定了单体浓度、引发剂浓度和反应温度等对接枝反应的影响。实验结果表明:以四价铈盐为引发剂,壳聚糖与异丙基丙烯酰胺能发生接枝共聚合反应。该接枝共聚体系的最佳反应条件是:反应温度40℃,引发剂浓度0.08mol/L,壳聚糖浓度1.0g/100ml,单体(NIPA)浓度为0.5mol/L,接枝率最高可达26%。并用FT-IR表征了接枝产物的化学结构,用TGA分析了接枝物的热性能。但是接枝物并不具有明显的热敏现象。
其次,本文还研究了壳聚糖的降解。通过实验我们发现:γ射线对壳聚糖的照射使壳聚糖发生了明显的降解反应,且随着辐射剂量的增加,壳聚糖的分子量明显降低,当辐射剂量达到250kGy时,壳聚糖的分子量从97000下降到15487。H2O2降解效果比较显著,分子量有了大幅度的降低,而且分子量分布较窄。
为了提高接枝反应的接枝率,本文首次用辐射接枝的方法制备了高接枝率的壳聚糖接枝NIPA的温度敏感水凝胶,并且研究了单体浓度和辐射剂量等对接枝反应的影响。随单体与壳聚糖摩尔比的增加,接枝率与接枝效率皆呈上升趋势。在单体与壳聚糖摩尔比为9:1时接枝率可达620%,接枝效率也高达98%,比铈离子引发接枝的方法高很多;在单体浓度一定的条件下,在3~10KGy的辐射剂量下,接枝率和接枝效率随辐射剂量的增加而增加。我们采用NMR和TG表征了温度敏感水凝胶的结构和热性能;用SEM分析了温度敏感水凝胶的表面形态,从宏观上表征了温度敏感水凝胶的相转变过程。采用1HNMR方法测定了辐射法制备的不同接枝率的温度敏感水凝胶的质子线宽、峰高随温度的变化,从分子水平上研究了温度敏感水凝胶的相转变过程,并且用这种方法测定了凝胶的LCST。通过凝胶1HNMR的线型分析,研究了凝胶交联网络的结构非均匀性。
最后,本文把辐射方法制得的温度敏感水凝胶做为药物缓释材料,对模型药物雌二醇进行了药物缓释实验。水凝胶的接枝率越高,其载药量越大。最高载药量可达464mg/g-gel,同时研究了温度、时间、接枝率对缓释曲线及释药率的影响。实验结果为:在温度为25℃(<LCST)时,水凝胶对雌二醇的缓释为传统的药物缓释模式,在缓释时间为4h时释药率已经达到96%。而在37℃(>LCST)下,药物的释放要缓慢的多,12h释药率才能接近95%。