BC-PNIPAM溫敏水凝膠的制備及其性能研究.pdf

1、細(xì)菌纖維素（BC）由于具有獨(dú)特的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，良好的生物相容性，高的持水性和良好的機(jī)械韌性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。隨著材料復(fù)合技術(shù)的發(fā)展，具有特殊性能的BC材料相繼被開(kāi)發(fā)，更拓寬了 BC的應(yīng)用領(lǐng)域。聚 N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）作為一種溫敏類材料，因具有32℃的臨界溶解溫度（LCST）這一優(yōu)異特性，常被用來(lái)制備具有溫度響應(yīng)性的智能復(fù)合材料。為了獲得具有溫度響應(yīng)性的BC復(fù)合材料，進(jìn)一步探索BC材料的應(yīng)用潛力，本

2、課題以BC為基質(zhì)材料，通過(guò)NIPAM單體滲入BC纖維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部引發(fā)自由基聚合，成功制備出具有溫敏效應(yīng)的BC/PNIPAM復(fù)合水凝膠材料，在LCST點(diǎn)的附近，水凝膠膜透光率可以發(fā)生巨大變化。
　　首先利用本實(shí)驗(yàn)室篩選和優(yōu)化所得的木醋桿菌（ATCC23770），通過(guò)靜態(tài)發(fā)酵，獲得具有均一透明的BC水凝膠膜，然后在80℃條件下把NIPAM單體滲入到BC纖維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，最終獲得了具有三種不同 PNIPAM含

3、量的BC/PNIPAM復(fù)合水凝膠材料。在溫度低于LCST時(shí)，該材料具有與BC相同的透明度，而當(dāng)溫度高于LCST時(shí)，該材料的透明度顯著降低，且當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，該材料出現(xiàn)了幾乎不透明的狀態(tài)。隨后，通過(guò)元素分析法分別測(cè)定了三種 BC/PNIPAM復(fù)合材料內(nèi)部的PNIPAM的含量，并利用紅外、熱重、差示掃描量熱等分析方法對(duì)制備所得的BC/PNIPAM復(fù)合水凝膠進(jìn)行了一系列的表征。
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證材料的溫敏性能對(duì)其透光性的影響，本課

4、題利用紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)測(cè)定了不同溫度條件下水凝膠透光率的變化。結(jié)果表明，從高溫到低溫轉(zhuǎn)變過(guò)程中，BC/PNIPAM水凝膠透光率發(fā)生明顯的變化，且波長(zhǎng)范圍以及復(fù)合膜中 PNIPAM含量對(duì)復(fù)合材料的吸光度均有影響，該復(fù)合材料在溫控光通路領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　　為了探索BC/PNIPAM復(fù)合水凝膠的在不同溫度下透光率差異的微觀機(jī)制，利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）觀察了在不同溫度條件下，瞬間冷凍并凍干的BC/PNIPAM復(fù)

5、合水凝膠材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并對(duì)纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。圖像證實(shí)了在不同溫度下，復(fù)合水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)確實(shí)存在較大的差異性，在低溫（20℃）時(shí)，PNIPAM凝膠吸水溶脹，均勻填充在 BC網(wǎng)絡(luò)空間，纖維直徑變得更粗；高溫（60℃）時(shí)， PNIPAM凝膠失水收縮，多個(gè)凝膠團(tuán)粘附到一起團(tuán)聚成顆粒擠占BC的網(wǎng)絡(luò)空間，因此纖維直徑變化不大。
　　在不同溫度條件下，BC/PNIPAM復(fù)合材料內(nèi)部的PNIPAM由于溶脹和去溶脹的原因，導(dǎo)致BC內(nèi)部間隙的變化

6、，因此可以利用該材料作為溫度控制開(kāi)關(guān)，用于藥物的透過(guò)研究。本工作以苯甲酸鈉為模型藥物，在不同溫度條件下，利用復(fù)合不同 PNIPAM含量的復(fù)合水凝膠進(jìn)行透藥實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高于臨界溶解溫度的37℃條件下，苯甲酸鈉32 h內(nèi)的累計(jì)透過(guò)量顯著高于其在20℃低溫條件下的累計(jì)透過(guò)量，從而證明其在控制藥物透過(guò)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
　　最后，本文對(duì)復(fù)合材料的生物相容性進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)兩種細(xì)胞實(shí)驗(yàn)試劑盒（MTT& CCK-8）對(duì)水凝膠

7、材料細(xì)胞毒性的評(píng)價(jià)研究，結(jié)果表明，CCK-8更適用于BC水凝膠材料的細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)。同時(shí)細(xì)胞增殖率和熒光染色結(jié)果顯示，細(xì)胞在純BC和三種BC/PNIPAM復(fù)合膜材料上均能生長(zhǎng)良好，細(xì)胞增殖率無(wú)明顯差異。共聚焦顯微鏡結(jié)果顯示，BC/PNIPAM和BC材料表面細(xì)胞形態(tài)均呈現(xiàn)梭型，生長(zhǎng)形貌良好。
　　總的來(lái)說(shuō)，新合成的BC/PNIPAM復(fù)合水凝膠材料，不僅有望用于光控制的智能窗口，還可以實(shí)現(xiàn)藥物透過(guò)的溫度控制，并且材料無(wú)明顯的細(xì)胞毒性，因