聚N-异丙基丙烯酰胺/生物大分子/氧化石墨烯复合膜的制备及其性能研究

来源 :西南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanjian2009
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目前,聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)是研究最广泛的温度响应聚合物之一,因其独特的温度敏感性而被广泛应用于生物医学领域。然而,传统的智能水凝胶由于其机械强度弱、生物活性低等原因,严重制约了其水凝胶的实际应用。为了解决这一问题,获得性能更好的材料,本论文将PNIPAM与无毒可再生、生物相容性和生物可降解性良好的生物大分子魔芋葡甘聚糖(KGM)和羧化壳聚糖(CCS)和增强剂氧化石墨烯(GO)相结合以改善PNIPAM的机械性能和生物相容性。(1)采用溶液共混法制备一种新的温敏性P N IPA M/K G M/G O复合膜,探讨PNIPAM/KGM/GO三者的复合反应机理;通过单因素变量,控制PNIPAM和KGM的含量,研究不同含量GO对P N IPA M/K G M/G O复合膜形貌、力学性能、溶胀性能以及生物降解性能的影响。结果显示,GO与PNIPAM/KGM发生交联反应后,GO均匀地分散在聚合物基体中,没有出现团聚现象,GO的引入没有影响复合膜网络的整体结构。PNIPAM/KGM/GO复合膜呈三维多孔结构,孔径随着GO的量增加,结构逐渐变得更致密,孔径更小。复合膜在3 5 oC前后会发生明显的相转变行为。与P N IP A M/K G M二元复合膜相比,GO的引入能够增大PNIPAM/KGM/GO复合膜的溶胀率,但随着GO含量增加会导致复合膜形成的网络结构较致密,孔洞较小,水分子不易进入,也会使得复合膜溶胀率下降。含有少量GO的三元复合膜的保水率有所提高,而且随着GO含量升高,复合膜的保水率随之升高。GO的加入能显著提高PNIPAM/KGM/GO复合膜的力学性能。当GO的含量从0 mg增加到3 mg时,复合膜的拉伸强度从4.85 MPa提高到9.86 MPa(2.03倍)。复合膜的杨氏模量从57.88 MPa增加到3 8 5 M P a(增加6.6 6倍)。但同时G O含量的增加也会造成一些缺陷,使PNIPAM/KGM/GO具有一定的脆性。与人体皮肤所能承受的外力报告相比,复合膜的力学性能在人体皮肤所能承受的外力范围内。酶降解实验显示,复合膜能够被β-甘露聚糖酶降解,且随着酶浓度从0.2 m g·m L-1升高到0.4 mg·m L-1时,酶降解率分别从58%升高到70%、4 6%6 0%、6 5%7 9%、6 2%7 5%和6 0%7 2%。且随着G O含量的增加PNIPAM/KGM/GO复合膜的酶降解率呈现逐渐降低的趋势,但复合膜的酶降解率高于KGM膜和PNIPAM/KGM复合膜。(2)采用一步合成法制备一种新的温度/p H敏感性的P N IPA M/C C S/G O复合膜,探讨P N IPA M/C C S/G O三者复合的反应机理;通过单因素变量,固定PNIPAM的含量,用DSC测试来找出CCS的最佳用量,再固定PNIPAM和KGM的含量,研究不同含量GO对P N IPA M/C C S/G O复合膜形貌、溶胀性能以及药物释放率的影响;考察不同温度、不同p H对PNIPAM/CCS/GO复合膜溶胀性能和药物释放率的影响,从而进一步确定药物释放的最佳条件。结果显示,GO均匀地分散在聚合物基体中,没有出现团聚现象。随着少量GO的加入,PNIPAM/CCS1.5/GO2复合膜和PNIPAM/CCS1.5/GO4复合膜表面光滑无褶皱,且为多孔网状结构。随着GO含量的增加,复合膜的孔洞逐渐减少甚至消失,且呈现片状的现象。复合膜在34 oC前后会发生明显的相转变行为。PNIPAM/CCS1.5/GO复合膜的溶胀率受温度和p H的影响,室温下,随着溶胀温度增加,复合膜的溶胀率降低;p H=1.0时复合膜的溶胀率在1 42 4之间,p H=2.0时复合膜的溶胀率最低(SR≈4),但随着p H不断增加,溶胀率也随之增大,p H=7.0时复合膜的溶胀率最高(SR在1535之间)。随着GO含量的增加,三元复合膜的溶胀率逐渐增加。复合膜的保水率也随着GO含量的增加而增强。对载药PNIPAM/CCS1.5/GO-DS复合膜的药物释放量的测试发现,温度和p H对载药复合膜的药物释放率的影响较大。且经实验得出p H为7.0,温度为25°C为药物释放的最佳条件。综合以上分析得出,PNIPAM/KGM/GO和PNIPAM/CCS1.5/GO复合膜的制备方法简单可控,且复合膜有望应用到生物医学领域,如皮肤敷料和药物释放等领域。
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