高压电场辅助制备含天然活性物质的微纳米结构及其性能研究

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微纳米材料因尺寸大小、较大的比表面积以及可控的材料形态,使得它们具有独特的流变学和功能特性,已被广泛应用于能源、传感、生物医学等领域。  本文借由高压电场辅助装置,以电流体驱动技术(静电纺丝或静电喷雾)为基础,对具有强挥发性或易被氧化降解的天然活性物质进行包覆。实验通过调控过程参数、操作环境、操作工艺,探索了具有不同形态结构的微纳米复合纤维/粒子的制备与表征。  本文的主要研究方法及结论如下:  (1)通过静电喷雾法制备含灵芝孢子粉多糖(GLSP)的海藻酸钠(NaAlg)粒子。实验制备的粒子直径分布在225~355μm范围内。此外,通过改变环境温度能够影响粒子的表面形态结构。随着外界环境温度的上升,粒子形态逐渐由锥形变为圆形,粒子表面的褶皱结构也变得更为明显。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试结果证实了GLSP被成功地包覆在NaAlg基质中。并且,外界温度的变化没有影响GLSP的载药量和包覆效率。载药释放测试的结果表明,NaAlg分子间的交联作用以及电喷粒子的形态结构会影响粒子在不同pH环境中的释放速率。  (2)利用同轴静电纺丝技术,将溶剂成分作为外层修饰相,用玉米蛋白(ZP)包覆GLSP,制备具有不同形态结构的ZP/GLSP复合纤维。制备的纤维直径分布在400~1700nm范围内。复合纤维膜中GLSP的载药量约为15%,包覆效率约为85%。体外载药释放特性测试结果表明,不同形态结构的电纺纤维具有不同的载药释放速率,这主要是由于纤维尺寸和比表面积的不同所导致的。体外细胞相容性测试和细胞形态观察的结果表明,实验制得的纤维均具有良好的生物相容性,同时,GLSP能够促进细胞的增殖,经修饰的纤维结构有利于细胞在纤维膜上的延展。  (3)借由同轴静电纺丝法,用ZP包覆甜橙精油(OEO),实验制备了直径大小分布在750~1400nm范围内的复合纤维。FTIR结果表明OEO被成功地包覆在纤维膜中,并证实了不同浓度ZP溶液中的蛋白分子具有不同的α螺旋结构。高浓度的ZP溶液能够制得均匀连续的纤维,精油的载油量和包覆效率也均有提升。体外细胞相容性测试、细胞生长形态的观察结果以及抑菌测试结果表明,实验制得的纤维膜具有良好的生物相容性和抑菌效用。  (4)通过同轴静电纺丝法,用ZP包覆玫瑰果精油(REO)。FTIR以及包覆效率测试结果验证了同轴电纺体系对REO的包覆效果。此外,水果保鲜测试结果表明ZP/REO复合纤维膜能够延缓水果的变质过程,有望作为包装材料应用于食品工程中。  本文运用高压电场辅助装置实现了用高分子材料包覆天然活性物质,制备出具有不同表面形态结构、载药释放特性和理化特性的微纳米材料。后续的研究将进一步探索复合材料用作药物载体、生物支架材料、创面修复材料的可能性。
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