（应用化学专业论文）PVP壳聚糖接枝共聚水凝胶的合成与性能研究.pdf

摘要 摘要 本文研究了聚乙烯基吡咯烷酮与天然高分子产物壳聚糖的接枝共聚反应，合 成了具有优越溶胀性能的水性凝胶材料。在单因素测定的基础上，用正交试验优 化了工艺参数，得出了水凝胶最佳溶胀性能时的工艺条件。通过d s c 测试，确 定了p v p c h i 水凝胶的玻璃化转变温度和不同类型水的含量。通过f t r 测试， 为p v p 与c h i 之间的接枝共聚提供了重要的数据支持。另外，试验还测定了 p v p c h i 水凝胶的各类溶胀和消溶胀动力学数据，确定了该水凝胶的溶胀和消溶 胀动力学基本规律和特征。主要的内容和结果如下： 1 、在单因素条件测定的基础上，做五因素四水平正交实验，正交实验结果 表明，制备p v p c h i 水凝胶的最佳工艺条件是：单体配比8 ：l 、反应温度6 0 、 反应时间1 0 h 、引发剂用量3 毫升( o 0 5 m o l l ) 、交联剂用量3 毫升( 体积比l ) 。 2 、通过不同配比情况下共7 个样品凝胶玻璃化相转变温度的d s c 测定发现， p v p 凝胶的玻璃化转变温度为1 5 5 ，比普通p v p 粉末的玻璃相转变温度约低 2 0 左右。根据水凝胶单体配比的不同，产物的玻璃相转变温度介于1 5 5 2 0 3 。通过对8 4 试样的d s c 测定，根据吸热峰面积的大小与失水量的变化成正 比的关系，测定出p v p c h i 水凝胶中自由水含量为4 2 7 2 ：键合水含量为 4 3 2 6 ：结晶水含量为1 4 0 2 。通过对1 2 ”试样在1 2 3 。c 冷冻后d s c 测定，试 样在控制升温过程中共出现了三次晶相转变过程和一次失水吸热过程。三次晶相 转变时的温度分别为0 2 5 。c 、1 2 5 3 c 和5 3 h 。三次晶相转变所需的热量分别 为6 4 7 0 j g 、1 6 4 5 j g 和1 2 4 8 j g 。试样的总失水量为4 4 4 0 0 m g 。 3 、通过对样品的f i t r 测试发现，试样反应前的红外图谱在1 6 4 0 c m 。附近 显示了n h 2 的特征峰，反应后此特征峰出现在1 6 6 0 c m 。附近。反应前的红外图 谱在6 6 0 c m 。附近出现了二取代烯烃r l c h = c h r 2 的特征峰，反应后，此特征峰 明显消失。这些证据为烯键与n h 2 的接枝共聚提供了重要的依据。 4 、与p v p 单组分水凝胶相对照，研究了p v p c h i 水凝胶随时间、温度、 p h 值、盐溶液浓度变化以及不同壳聚糖组成时的溶胀特性。通过对比实验发现， 接枝共聚后的p v p c h i 水凝胶的溶胀特性均好于p v p 单组分水凝胶。通过对 p v p c h i 水凝胶做l n t - l n f 关系趋势线发现，该水凝胶的特征指数n 均大于0 5 ， 根据菲克溶胀动力学模型可知，p v p c h i 水凝胶的溶胀属于非菲克类型溶胀。 5 、选择了四种不同单体配比和合成条件下制成的水凝胶，将其分别从p h 7 0 缓冲溶液中转入p h 2 0 缓冲溶液和从p h i o 0 缓冲溶液中转入p h 4 0 缓冲溶液， 做其不同时间下的消溶胀特性曲线，试验发现，p v p c h i 水凝胶的消溶胀时，释 水速率d h d t 基本上成倒数平方关系，其消溶胀特性基本上与理论值相吻合。 关键词：聚乙烯基吡咯烷酮壳聚糖水凝胶接枝共聚动力学 i i a b s t r a c t t h ea r t i c l er e s e a r c ht h eg r a f t - c o p o l y m e rr e a c t i o nb e t w e e np o l y v i n y l p y r r o l i d o n e a n dc h i t o s a n h y d r o g e l s ，w h i c hh a v eg o o dp e r f o r m a n c e so fs w e l l i n g ，h a v eb e e n s y n t h e s i s e d o nt h eb a s eo fs o m es i n g l e e l e m e n t s t e s t ，p r o c e s s i n gp a r m e t e r sh a v e b e e no p t i m i z e dw i t ho r t h o g o n a lt e s t t h eb e s tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sa r eo b t a i n e d w h i l eh y d r o g e l sh a v et h eb e s tp e r f o r m a n c e so f s w e l l i n g t h r o u g ht h ed s ct e s t ，t h e p h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo fp v p c h ih y d r o g e la n dd i f f e r e n tk i n d so fw a t e r c o n t e n t sh a v eb e e nd e t e r m i n a t e d t h ed a t a so ff i t ra l s og i v et h eg r e a ts u p p o r ta b o u t t h eg r a f t c o p o l y m e rr e a c t i o nb e t w e e n p o l y v i n y l p y r r o l i d o n ea n d e h i t o s a n i na d d i t i o n ， e x p e r i m e n t sh a v es t u d i e dt h es w e l l i n ga n dd e s w e l l i n gk i n e t i c sa b o u tt h ep v p c h i b y d r o g e la n dc o n f i r m a t e dt h eb a s i cr u l e sa n dc h a r a c t e r so fh y d r o g e l s w e l l i n ga n d d e s w e l l i n gk i n e t i c s t h em a i n c o n t e n t sa n dr e s u l t sa sf c i l l o w s ： l 、o nt h eb a s eo fs i n g l e e l e m e n t s t e s t ，f i v ef a c t o r s f o u rl e v e r s o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t sh a v eb e e nd o n e t h eb e s tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sa r em o l e r a t i o ：8 ：i ， r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ：6 0 4 c ，r e a c t i o nt i m e ：1 0 h o u r s ，t h ed o s eo f i n i t i a t o r ：3 m l ( 0 0 5 m o l 1 ) t h ed o s eo f c r o s s l i n k e r ：3 m l ( 1 ，v v ) 2 、t h r o u g h d s ct e s to fs e v e n s a m p l e s i nd i f f e r e n t m o l e r a t i o ，t h e p o l y v i n y l p y r r o l i d o n e p h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei s 1 5 5 。c i tb e l o w e r2 0 ct h a nt h e p o w d e ro fp o l y v i n y l p y r r o l i d o n e i nt e r mo f d i f f e r e n tm o l e - r a t i o ，t h et e m p e r a t u r eo f h y d r o g e l i sb e t w e e n1 5 5 ca n d2 0 3 c a c c o r d i n gt ot h ed i r e c t p r o p o a i o n o f e n d o t h e r m i cp e a k sa r e aw i t hw a t e rc o n t e n ta tt h e8 # s a m p l e ，t h ep e r c e n t a g eo ff l e e w a t e r 、b o n d i n gw a t e r 、c r y s t a l l i n ew a t e r a r er e s p e c t i v e l y4 2 7 2 、4 3 2 6 a n d l 4 0 2 t h r o u g ht h e1 2 # s a m p l ed s c t e s tf r o m 一1 2 3 t o3 0 0 c ，t h es a m p l eh a v eo c c u r r e d t h r e ec r y s t a l l i n ep h a s et r a n s i t i o na n do n ed e h y d r a t i o np r o c e s sd u r i n gt h ew a m l - u p t e m p e r a t u r ec o n t r o l l i n g t h en e c e s s a r yh e a to f t h r e ec r y s t a l l i n ep h a s et r a n s i t i o na r e r e s p e c t i v e l y6 4 7 0 j g 、1 6 4 5 j g a n d 1 2 4 8 j g t h e t o t a l d e h y d r a t i o nw e i g h t i s 4 4 4 0 0 m g i i l 3 、t t l r o u g hf i t rt e s t ，t h es a m p l eo c e u r et h ec h a r a c t e r i s t i cp e a ko f - n h 2n e a r 1 6 4 0 c m b e f o r er e a c t i o n ，b u ta f t e rr e a c t i o ni t c h a n g et o 1 6 6 0 c m t h es a m p l ea l s o o c c u r et h ec h a r a c t e r i s t i c p e a ko fd i b a s i c o l e f i nr i c h = c h r 2n e a r6 6 0 c m 一1 b e f o r e r e a c t i o n ，b u ta f t e rr e a c t i o ni th a v ed i s a p p e a r e d t h i se v i d e n c e sg i v et h eg r e a ts u p p o r t t og r a f t c o p o l y m e r i z a t i o nb e t w e e no l e f i n i cl i n ka n d n h 2 4 、e x p e r i m e n t s r e s e a r c ht h e h y d r o g e l ss w e l l i n gc h a n g e s w i t ht i m e 、 t e m p e r a t u r e 、p h 、t h ed o n s i s t e n c yo f s a l ta n dd i f f e r e n tm o l e r a t i oc o m p a r e dt ot h e s i n g l e e l e m e n tp v p h y d r o g e l i n t e r mo fc o m p a r i n gt e s t t h e g r a f t - c o p o l y m e r i e d h y d r o g e lh a v eb e t t e rc h a r a c t e r so fs w e l l i n gt h a nt h es i n g l ee l e m e n tp v ph y d r o g e l t h ep v p c h ih y d r o g e l sl n t l n fr e l a t i v em a ph a v eb e e nm a d e i t sc h a r a c t e r i s t i c e x p o n e n tg r e a t e rt h a n0 5 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fr i c ks w e l l i n gm o d e t h e s w e l l i n g o fp v p c h ih y d r o g e ls u i tt of i c km o d e 5 、e m p e r i m e n t ss e l e c tf o u rk i n d so fh y d r o g e l sw h i c hh a v ed i f f e r e n tm o l e r a t i o a n ds y n t h e t i cc o n d i t i o n s t h eh y d r o g e l so r i g i n a l l ys w o l l e nu pt oe q u i l l i b r i u mi nt h e b u 脑r e ds o l u t i o n sa tp h 7 0t h e nt r a n s f e f r e di n t ot h ep h 2 0 b u f f e r e ds o l u t i o n sa n d f r o mp h l 0 0t op h 4 0a t3 7 c a f t e rm a k i n gi t ss w e l l i n gc h a r a c t e r i s t i cg r a p hw ef i n d t h a tt h es p e e do f d e h y d r a t i o nh a v er e c i p r o c a lr e l a t i o nw i t ht h ed a t ao fs w e l l i n g i t s r e s u l t ss u i tt ot h e o r e t i c a lv a l u e k e yw o r d ：p o l y v i n y l p y r o o l i d o n e c h i t o s a n h y d r o g e lg r a f t c o p o l y m e r i z a t i o n k i n e t i c s i v 1 1 前言 第一章绪论 水凝胶可定义为在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合 物。亲水的小分子能够在水凝胶中扩散。水凝胶具有良好的生物相容性，自2 0 世纪4 0 年代以来，有关水凝胶的合成、理化性质以及在生物化学、医学等领域 中的应用研究十分活跃。 水凝胶有各种分类方法，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化 学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这 种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可 逆凝胶。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态，如k 一型角叉菜胶、琼脂等； 在合成聚合物中，聚乙烯醇( p v a ) 是一个典型例子，经过冰冻一融化处理，可得 到6 0 以下稳定的水凝胶。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物， 是永久性的，又称为真凝胶。 根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝 胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或p h 等的变化不敏感，而环境敏 感的水凝胶是指自身能感知外界环境( 如温度、p h 、光、电、压力等) 微小的 变化刺激，并能产生响应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝 胶。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化，利 用这种刺激响应特性可将其用作传感器、控释开关等，这是1 9 7 0 s 年代以来研究 者最感兴趣的课题之一。 根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝 胶。天然高分子由于具有更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源、 低廉的价格，因而正在引起越来越多学者的重视。但是天然高分子材料稳定性较 差，易降解，近几年不少学者开始了天然高分子与合成高分子共混合成水凝胶的 研究工作，这将是今后的一大重要课题。此外，人们对具有以下性质的水凝胶特 别感兴趣：( 1 ) 能够在体内环境被分解的水凝胶，如在体内的弱碱性条件下可被 广东1 业大学工学硕士学位论文 融蚀的水凝胶，能够被酶分解的水凝胶：( 2 ) 能以离子交换形式释放蛋白质的水 凝胶：( 3 ) 具有“记忆”的水凝胶等。高分子凝胶的智能化研究是一项富有挑战 性的课题，其中不仅有许多尚未搞清以及需要发展的基础理论问题，同时其诱人 的应用前景已引起人们极大兴趣。 1 2 p v p 聚合反应研究进展 1 2 1 p v p 接枝共聚研究进展 p v p 接枝共聚是一个十分具有研究价值的课题，近年来也越来越引起研究者 的兴趣。研究成果不断见诸报道。其中。y o s h i d a “1 研究了在不均匀的管状氧化 铝基上p v p 与聚乙烯基醋酸盐的接枝共聚反应。这种用辐射的方法，通过硅和乙 烯基结合到氧化铝上的p v p 与聚乙烯基醋酸盐接枝共聚薄膜的微观颗粒直径约 5 0 a 。在5 ( v v ) 甲醇溶液中，用p v p 膜和p v p 与聚乙烯基醋酸盐的接枝共聚 膜可将甲醇从水溶液中分离出2 6 和1 0 0 。中山大学的罗丙红”1 等合成了聚乳 酸接枝乙烯基吡咯烷酮水凝胶。实验以过氧化苯甲酰为引发剂，四氢呋喃为溶剂， 得到的摩尔接枝率为i o 一1 6 。与聚乳酸相比，接枝产物的 n 值下降，但吸 水率增加，接触角变小，亲水性有所改善。c a s t r o ，r o b e r tp 【3 】通过共价键结合 及接枝聚合过程，将p v p 接枝到多空硅表面形成一层混合陶瓷一聚合物薄膜。这 种陶瓷基的聚合物能够改变不同的表面密度和末端锚钉在硅表面的链长。这种接 枝p v p 后的膜具有良好的亲水性，其潜在用途是油水混合物的分离。n o u z a k i ，k ” 研究了丙稀腈与p v p 及n ，n 一双甲基丙稀酰胺的共聚反应来制造超滤膜。丙稀腈 与p v p 及n ，n 一双甲基丙稀酰胺的反应是在水浴中经过一个相转变过程合成的。 另外，通过光引发来用丙稀腈和丙烯酸接枝反应制造出的超滤膜有的性能也很出 色。 1 2 2p v p 非接枝共聚研究进展 随着人们对p v p 良好性能的逐步认识，与p v p 非接枝共聚的研究也在不断深 入。k u o ，s h i a o w e i 8 研究了辐射法聚乙烯基苯酚与p v p 以及p a s 与p v p 之间的 共聚反应，通过试验研究了他们的分解率，其顺序为：聚乙烯基苯酚与p v p 共聚 物 聚乙烯基苯酚与p v p 共混物 p v p 自聚物 p a s 与p v p 共聚物。翟茂林”1 等采用 辐射技术合成了k - 型卡拉胶( k c ) 聚乙烯吡咯烷酮( p v p ) 共混水凝胶，研究 了天然高分子k c p y p 交联剂二甲基丙烯酸十四甘醇酯( 1 4 g ) ，照射剂量以及剂 量率等对辐射合成的k c p v p 共混水凝胶性质的影响。实验发现，k c 与适当比例 的p v p 共混后在一定剂量范围内辐射可得到高强度、高溶胀行为的k c p v p 水凝 胶，随着共混水凝胶内k c 含量的相对增加，凝胶强度及溶胀性能均显著提高， 但合成该共混凝胶的最佳剂量却相对提前；加入1 4 6 后降低了k c p v p 共混凝胶 辐射合成的最佳剂量，同时使凝胶的强度进一步提高：剂量、剂量率对k c p v p 共混凝胶性质也有很大的影响。分析表明，k c p 忡共混后，在较低剂量下k c 的 降解被抑制，从而获得一种由物理交联的k c 和化学交联的p v p 形成的互穿网络 ( i n p ) 凝胶。 p r i n o s ，ac t 对p v p 与聚( 苯乙烯一乙烯基苯酚) 之间的反应进行了研究。 当共聚物中乙烯基苯酚的含量大于4 m 0 1 时，它与p v p 的聚合物很不稳定，当共 聚物中乙烯基苯酚的含量大于2 5 m 0 1 时，p v p 就会发生沉降，共聚物的稳定性可 通过视觉观察和热分析方法来检测。蒋莉”1 将聚乙烯毗咯烷酮应用于涂料领域， 对甲基丙烯酸甲酯一乙烯基吡咯烷酮亲水涂层进行了研究。实验以乙二醇乙醚 ( e g m e ) 为溶剂，偶氮二异丁睛为引发剂合成了一甲基丙烯酸缩水甘油酯一 甲基丙烯酸一b 一羟基乙酯n 乙烯基本一d 一吡咯烷酮( g 姒h e m a n v p ) 三元共聚 物。将它涂覆在聚酯p c 片上进行升温固化，得到了较为优越的防雾性能和硬度 的涂层。b i a n c o ，g i l m e n e 。1 在室温下通过辐射的方法研究了p v p 与聚甲基丙烯 酸之间的共聚反应。经研究得出共聚物得分子量范围在( 8 0 2 3 0 ) x 1 0 7 9 m 0 1 在聚甲基丙烯酸含量l o 到4 0 w t 范围内，聚合物得多分散性在2 4 一1 7 之间。 k i a t k a m j o r n w o n g “”通过控制y 射线的剂量来合成了部分降解得聚丙稀酰胺和 p v p 聚合物。对y 射线辐射剂量与聚合物的吸水性的关系做了深入研究。其最 大吸水率可达自身干重的9 9 5 倍。复旦大学的胡晓华“研究了4 ，4 一双叠氮芪 一2 ，2 二磺酸钠和戊二醛对聚乙烯基吡咯烷酮( p v p ) 、聚乙烯醇( p v a ) 共混膜 的交联及交联对共混膜分离恒沸点附近的乙醇水混合物的影响。结果表明，膜 的分离性质随着膜中p v p 含量的增加而改变；采用混合型交联剂对p v a p v p 共混 膜交联能明显改善膜的选择性。s a h o o “2 1 以n ，n - 双甲基丙稀酰胺作引发剂制备了 广东工业大学工学硕士学位论文 直径小于5 0 n m p v p 与丙烯酸互穿网络水凝胶。这种水凝胶具有p h 值和温度敏感 性，在缓冲溶液中进行了包覆f i t c 一右旋糖苷的药物释放研究表明：这些微粒能 够在缓冲溶液中再溶解且物任何团聚现象，f i t c 一右旋糖苷的控制释放是依赖与 p h 值和温度的，随着p h 值的增加和温度的提高，其释放药物的速度相应的提高。 f e l d s t e i n ，m m “”研究了可用于药物控制释放的p v p 和聚氧乙烯压敏性水凝胶。 用它来制成的人工皮肤和膜具有很好的渗透性和与人体组织的亲和性，可在生物 医药领域得到应用。 1 3 壳聚糖接枝共聚反应研究进展 1 3 1 壳聚糖与酯类接枝共聚 巫拱生“4 1 研究了甲基丙烯酸甲酯( m m a ) 和丙烯酸乙酯( e a ) 与壳聚糖的接 枝共聚反应。对反应中所用的氧化还原引发体系作了较深入的研究。其中甲基丙 烯酸甲酯( m m a ) 与壳聚糖的接枝共聚物对a u 、p t 、c r 、c d 等重金属离子有较好 的吸附率。尤其对a u 、p t 离子，在合适的条件下，吸附率可达9 0 以上，是很 有使用价值的水处理剂。而丙烯酸乙酯( e a ) 与壳聚糖的接枝共聚物则可做成强 度、弹性良好的膜材。h usg t m 研究了三种聚酯：聚乙烯基对苯二甲酸酯、聚2 甲基、1 ，3 一丙基对苯二甲酸酯混合聚乙烯基对苯二甲酸酯、聚l ，4 一环氧乙 烯基对苯二甲酸酯混合聚乙烯基对苯二甲酸酯与壳聚糖接枝共聚反应。先将这三 种聚酯或混合聚酯用c 0 6 0 进行预辐射后与丙烯酸和n 一乙烯基丙烯酰胺接枝共 聚，将聚合物在酸性条件下水解，剩余产物用戊二醛交联再通过酯化或其亚胺结 构接枝到壳聚糖上，合成了具有抗菌活性的高聚物。通过四种致病细菌( 金菌素 - - 1 、金菌素一2 、大肠杆菌、铜绿菌素) 的抗菌活性实验，结果表明：通过亚胺 结果接枝的壳聚糖接枝物能在其大分子表面行成高密度的氨基基团，可显示出良 好的抗菌活性，其中对大肠杆菌抗菌活性最好，对金菌素一l 最差。v a c h o u d “ 也对用氧化物酶催化下将没食子酸酯与壳聚糖的接枝共聚反应进行了研究。 1 3 2 壳聚糖与酰胺类接枝共聚 张光华“7 1 以过硫酸铵为引发剂，在氮气的保护下，用丙烯酰胺和壳聚糖在 4 第一草绪论 7 0 8 0 。c 下接枝共聚，合成了一种新型的絮凝剂( c a m ) 。在造纸废水中进行了絮 凝实验，对其絮凝性能、络合重金属离子能力进行了测试。结果表明：在弱酸性 条件下，c a m 有很强的絮凝性能和对重金属离子的络合能力，若在溶液中加入硫 酸铝，可大大提高c a m 的絮凝性能。另外，曹丽云“”也研究了丙烯酰胺和壳聚糖 的接枝共聚，对其反应机理作了较深入的探索。k i ms e o n7 e o n g “”用2 ，2 一双 乙基一2 一对苯基苯乙酮和甲基双丙烯酰胺作引发交联体系，合成了聚丙烯酰胺接 枝壳聚糖互穿网络水凝胶，并测定了其玻化温度为2 7 0 。 s oy e o nk i m 。”通过壳聚糖与n 一异丙基丙烯酰胺( n i p a a m ) 的接枝共聚来 合成了温敏及p h 敏感材料。通过最优化设计实验得出其最大接枝率的获得条件 是：0 5 m n 一异丙基丙烯酰胺、2 1 0 1 m 硝酸铈铵做引发剂，在2 5 下反应2 小 时。其接枝率和接枝效率随n 一异丙基丙烯酰胺的浓度变化而变化在0 5 m 时 达到最大，当超过0 5 m 时开始下降，原因是n 一异丙基丙烯酰胺发生了均聚。 影响了与壳聚糖的接枝。s i n g h ”“。2 1 通过用c 0 6 0 产生的y 射线辐射来将2 一羟 乙基甲基丙烯酰胺接枝到壳聚糖上来合成一种薄膜形的药物控制释放材料。这种 接枝后的壳聚糖膜能对葡糖糖等大分子有良好的选择渗透性，且壳聚糖膜具有可 忽略的边界效应，它的控制释放是属于p h 刺激响应型的。s e n d at t 2 3 1 用聚e 一 己内酰胺与壳聚糖接枝共聚制备了水凝胶薄膜，这种薄膜具有很好的生物降解 性，可在生物制药领域得到广泛的应用。 1 3 3 壳聚糖与酸类接枝共聚 彭湘红“”用硝酸铈铵一乙二胺四乙酸为引发体系，研究了壳聚糖与甲基丙烯 酸的接枝共聚反应。实验得出，当在6 5 m 硝酸铈铵、3 3 i 乙二胺四乙酸、2 0 9 l 甲基丙烯酸、5 9 l 壳聚糖、5 0 下反应2 5 小时小时条件下，壳聚糖接枝率及 单体转化效率最高。再用接枝共聚物作为载体制备非诺落芬钙缓释片剂，通过测 试它在人工肠液中的释放速度表明，药物片剂对非诺落芬钙有良好的缓释效果。 y i n g h a il i u “1 用一种新型的氧化还原引发体系( n i “) 使甲基丙烯酸与壳聚糖接 枝共聚，保持n i ”浓度为9 4 1 0 1 m 的条件下，壳聚糖的最大接枝率可达到 4 0 4 1 。an a s c i m e n t e 。6 1 研究了壳聚糖一聚丙烯酸微球装载阿司匹林在肠胃道 p h 条件刺激下药物释放性能。壳聚糖微球的制备需在碱性条件下经过凝聚和相 广东j 二业大学工学硕士学位论文 转变过程，这种微球与戊二醛交联再与壳聚糖接枝共聚。在水：乙醇( 2 ：1 ) 条件 下浸入阿司匹林溶液，然后将产物在2 5 下烘干4 小时，可使阿司匹林的最大 含量达9 4 ( w w ) ，并可得到较好的缓释效果。 ts u g a m a ”通过将聚衣康酸接枝到壳聚糖链上形成互穿网络来制备一种不 溶与水的高聚物。这种高聚物具有很好的生物相容性。可涂覆于铝材上通过 c 0 0 - a l 键结合，能对人工骨骼的起到防蚀作用，并增加其与人体组织的亲和力。 m aq u a n h o n g 。”研究了用丙酮酸接枝修饰壳聚糖对重金属离子吸附性能的影响， 通过分别对c u “、z r 、c 0 2 + 的吸附实验表明：修饰后的壳聚糖吸附这些离子的比 例分别为1 0 0 、9 9 。8 和4 0 。5 。相对于用甲基水杨醛修饰的壳聚糖来说，吸 附性能有了很大的提高。另外一个比较大类的接枝共聚是壳聚糖与氨基酸的接枝 “”，它可以游离氨基作为交联起点，制成多糖多肽化合物。例如y 一甲基一l 一 谷氨酸与壳聚糖的接枝共聚等。 1 3 4 壳聚糖与醇类接枝共聚 o u c h it a t s u r o 1 研究了聚乙烯醇与壳聚糖的接枝共聚反应，对其产物在水 中的溶解性能和缓释作用作了深入的研究。发现聚合物的溶解状况取决于聚乙烯 醇的接枝率，接枝率越高越m 不溶于水。这种聚合物包覆恐水性的n 一苯基一卜 萘胺可在酸性条件下缓慢释放。d a lp o z z o ，a 。”也利用s h i f f 反应研究了聚乙 烯醇与壳聚糖的共聚。 m i s e o ns h i n 。”用聚乙烯醇和聚甲基硅氧烷通过u v 辐射来接枝到壳聚糖 上，制备了三元半穿网络水凝胶，这种水凝胶可以用作性能良好的生物材料，聚 乙烯醇和聚甲基硅氧烷与壳聚糖共聚物在u v 辐射下，用2 ，2 - 双甲基一2 一苯基一 乙酰苯作光引发剂也可以做成水凝胶薄膜，通过改变聚乙烯醇、聚甲基硅氧烷和 壳聚糖的单体浓度可做成性能各异的膜。光学交联方法制得的水凝胶可显示出 6 5 9 5 的溶胀平衡含水量。另外在不同p h 值的缓冲溶液中，水凝胶的溶胀特性 也有很大差别。 1 3 5 壳聚糖与烃类接枝共聚 o h y a 3 3 用苯乙烯接枝到壳聚糖上来获得一种两性分子材料，它采用偶氮类g 6 第一苹绪论 发体系进行引发，合成的产物再用d m f 溶解萃取可获得三苯基壳聚糖。国内文献 。4 1 也报道了苯乙烯与壳聚糖的接枝共聚反应。反应步骤是：先将壳聚糖与碘取代， 然后分散在硝基苯中，加入路易斯酸s n c i ；，与苯乙烯按氧离子接枝共聚反应机理 来得到接枝共聚物。m e i l i nw a n g 1 用环氧氯丙烷与壳聚糖合成了一种互穿网络 聚合物。这种聚合物可在p h 值4 一1 0 范围内选择性吸附污水中的无机汞离子， 使污水中的汞离子含量减少至1 2 n g l ，远低于标准排放值5 0n g l ，并可回收污 水中9 2 9 6 的无机汞。k i m “3 在不添加任何催化剂的条件下，将聚甲苯硅氧烷 接枝到壳聚糖上，合成了水性凝胶材料。通过研究它在不同p h 值条件下的溶胀 特性，获得了最大溶胀平衡含水量的最佳反应条件。 1 3 6 壳聚糖与盐类接枝共聚 a b d e l 。7 1 研究了乙烯基醋酸盐与壳聚糖在含铁氧化还原引发体系或v 射线 辐射下的接枝共聚反应。研究表明，含铁的氧化还原引发剂的引发效果优于y 射线，并在4 8 n a o h 溶剂中。在1 3 0 。c 反应3 小时可以发现，n a o h 碱性溶液可提 高壳聚糖与聚乙烯基醋酸盐的接枝效率。这种共聚物可作为性能良好的离子交换 材料，能吸附二价铜离子及重铬酸盐。j u n g 啪1 用两种可溶性阳离子单体：2 一甲基 丙烯酰胺基一乙氧基磷酸盐和乙烯基硫酸盐来与壳聚糖接枝共聚，获得了具有良 种不同离子特性的聚合物。这种聚合物可显示出很好的抗菌活性，研究发现，聚 合物的抗菌活性依赖于接枝链的数量和种类。通过用白色假丝酵母做抗菌活性实 验表明，在p h = 5 7 5 时，其抗菌活性最好。w e n m i n gx i e 研究了顺丁烯7 , - - 酸 钠与壳聚糖的接枝共聚，合成了一种水溶性的壳聚糖衍生物。rrn a v a r r o “用 聚乙烯亚胺通过缩水甘油基甲基丙烯酸盐上的环氧基团来接枝共聚到壳聚糖大 分子上，来提高其在酸性条件下的稳定性和对金属离子的螯合性。在p h = 4 条件 下，它能对c u ”、z n 2 + 、p b 2 + 取得最佳吸附效果。z h a n gj u n “研究了在氮气保 护下，在2 乙酸溶液中用硝酸铈铵做引发剂n ，n - 双甲基_ n 一甲基丙烯酸乙氧基 一n 一( 3 磺基丙酯) 铵与壳聚糖的接枝共聚，在最优化的反应条件下，最大接枝 率可达5 0 。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 3 7 壳聚糖与其他类化合物接枝共聚 郑良华“”研究了丙烯腈与壳聚糖的接枝共聚，其合成出的产物具有吸水倍率 达1 2 0 0 的超强吸水性。彭长宏”也研究了丙烯腈与壳聚糖的接枝共聚，合成的 共聚物经过皂化后得到接枝羧基壳聚糖，它对c u ”动态吸附率达9 6 4 。在 p d c r - c d 三元体系中，对c d 2 + 有较好的吸收。杨智宽“4 1 研究了1 ，5 一二氮杂环庚 烷中环二胺冠醚接枝高分子壳聚糖的合成，其合成的化合物兼有壳聚糖和中环二 胺两种结构和特性。可作为一种金属分离、环境分析及废水处理等特殊用途的高 分子材料。汪玉庭1 用冠醚苯并1 5 一冠一5 和苯并1 8 - c - 6 接枝到交联后的壳聚糖 分子链上，制得的壳聚糖冠醚在单元、双元和三元金属离子体系中对a g + 、p d 2 - 均有较好的吸附选择性。且p h 值越大，对金属离子的吸附率越大。d i n gw “2 1 用 辐射聚合的方法在2 酸性溶液中研究了，4 一( 6 甲基丙烯酰己氧基) 一4 - 硝基联 苯与壳聚糖的接技共聚反应。p a r kyk c 4 8 3 在水溶液中合成了右旋糖苷接枝半乳糖 基壳聚糖共聚物这种共聚物可作为d n a 的载体，提高半乳糖基壳聚糖包覆d n a 的稳定性。 1 4p v p 与壳聚糖共聚反应研究进展 p v p 与壳聚糖接枝共聚后的产物综合了两类高分子材料的优异性能，具有广 阔的应用空间。这类材料不但可以应用到生物医药领域，在纺织、水处理、食品、 农业等领域也具有潜在的使用价值。国内外至今对这类反应的研究很少，中科院 化学研究所的s h u g u a n gc a o ”7 1 在乙酸溶液中合成了壳聚糖聚乙烯基吡咯烷酮可 溶性膜，实验主要是将c h i 和p v p 在乙酸溶液中溶解，然后流延在玻璃板上，在 4 0 。c 真空干燥两天即可。所制成的膜相对于壳聚糖膜具有更好的透水性。通过 i r 分析表明，c h i 和p v p 链在一定程度上确实发生了分子链间的结合。而d s c 测试也表明，反应温度的选择亦产物结构上的变化。 在外国文献中m a k a r a n dv r i s b u d “”成功的制备了p v p 与壳聚糖半穿网络水 凝胶。制成的水凝胶分两种方法进行干燥处理，一种是在一8 0 。c 进行低温干燥， 并在制备过程中始终保持真空环境：另一种是在3 7 6 c 空气干燥7 2 小时。通过扫 描电镜观察发现，通过冷冻干燥的水凝胶膜具有大量尺寸约3 9 2 0 _ + 2 6 6 um 的孑l 状结构，而普通干燥的水凝胶没有这种孔状结构。另外，通过药物阿莫西林的缓 释释放研究，通过冷冻干燥的水凝胶可在小时内释放4 0 的阿莫西林而普通干 燥的水凝胶仅能释放1 2 5 在p h 2 0 环境中，冷冻干燥的水凝胶最大可以释放 5 1 的阿莫西林而普通干燥的仅能最大释放2 7 。通过f t i r 检测显示，反应前溶 液在1 5 9 7 c m l 处具有壳聚糖一n h 。峰，反应后在1 6 6 0c m - 1 处出现新的半穿网络峰。 k s a k u r a i “”以相近的方法合成了p v p c h i 水凝胶薄膜，然后在室温下真空干燥 2 4 小时，得到成品p v p c h i 膜。通过d s c 分析，c h i 的相转变温度为2 0 3 4 c ，并 且这一相转变温度不是很明显。用d s c 和w a x d ( 广角x 衍射) 分析p v p c h i 膜 发现，新合成的水凝胶相转变温度服从f o x s 定律，随着p v p 含量的增 加，p v p c h i 膜的相转变温度相应的下降 1 5 智能药物释放材料的合成进展 1 5 1 化学刺激响应释放材料 化学响应一般最终要间接或直接依赖于p h 值的刺激响应。p h 响应性药物释 放体系特别适合口服药物的控制释放，即利用人体的消化道各环节p h 值不同可 以控制药物在特定的部位的释放。例如，在酸性条件下不稳定的药物可以用含弱 酸性基团的高分子水凝胶作载体凝胶在酸性环境中( 如胃液) 处于疏水收缩状 态。可以避免酸溶液与包埋的药物接触，而不释放药物：在碱性介质里( 如肠液) 则吸水溶胀，体积明显增大，药物从凝胶中渗出。又如一些味道极苦的药物，用 p h 响应水凝胶包埋后，药物仅在胃肠中释放，在中性p h 的口腔内药物不溶出。 也有间接利用p h 值刺激响应的例子，如利用葡萄糖氧化酶使葡萄糖氧化成葡萄 糖酸及过氧化氢，将葡萄糖浓度的信号转换成p h 值的变化和氧化反应信号，再 通过体系对这些刺激的响应来控制释放药物。 自1 9 8 6 年波兰科学家y a n u s zm r o s i a k 5 ”第一次将水凝胶用于烧伤伤口的 处理以来，这一技术已得到了飞速的发展和推广。这种材料的最大特点是它可以 通过缓慢释放药物消除烧伤的疼痛并具有很好的治愈效果。a d e m a rb l u g a r 等 1 人利用n v p 、p e g 、h e m a 为原料，采用电子束或y 射线辐射，使n v p 发生化学 交联，形成p v p 凝胶，制备和消毒一次性完成，合成了效果良好的药物控制释放 材料。为改善n v p 均聚形成水凝胶强度较差，且含有大量气泡的缺点，z h a im a o l i n 等“”1 人采用辐射技术合成了k 型卡拉胶( k c ) 聚乙烯基吡咯烷酮( p v p ) 共混 水凝胶。研究了天然高分子k c 、单体n 一乙烯基吡咯烷酮( n v p ) 、交联剂二甲基 丙烯酸十四甘醇脂( 1 4 g ) 、辐射剂量以及剂量率对辐射合成的k c p v p 共混水凝 胶性质的影响。实验发现，k c 与适当比例的n v p 共混后在一定剂量范围内辐射 可得到高强度、高溶胀行为的k c p v p 共混水凝胶，随着共混凝胶内k c 含量的相 对增加，凝胶强度及溶胀性均显著提高，但合成该共混凝胶的最佳剂量却相对提 前，加入1 4 g 后降低了k c p v p 共混凝胶辐射合成的最佳剂量，同时使k c p v p 共混凝胶进一步提高；计量、剂量率对k c p v p 共混凝胶的性质亦有很大的影响。 分析表明，k c 与n v p 共混后，在较低剂量下k c 的降低被抑制，从而获得一种由 物理交联的k c 和化学交联的p v p 形成的互穿网络( i n p ) 凝胶。 1 5 2 物理刺激响应释放材料 物理刺激响应释放材料主要集中在温度刺激和电刺激两类。温度敏感药物释 放系统最常用的材料是( n ，n 烷基取代丙烯酰胺) 水凝胶。5 “最先采用p i p a m 凝胶控制释放的药物是维生素b 。当环境温度高于凝胶的相转变温度( l c s t ) 时，药物停止释放。n 一异丙基丙烯酰胺( n i p a a m ) 与甲基丙烯酸烷基酯( r m a ) 的共聚物凝胶以及与四亚甲基甘醇醚( p t m e g ) 形成的互穿网络水凝胶都可以作 为温度响应性药物释放体系的载体。以吲哚美辛为模型药物制成的基材型释放体 系，可响应温度呈现“通一断”释放行为。 表卜l 、刺激响应释放体系的高分子材料及其控制释放的药物 t a b l e i 一1t h ep o l y m e r so f s t i m u l u sr e s p o n d s e da n dc o n t r o lr e l e a s e dd r u g s 控制释放的药物高分子材料 谷氨酸盐聚吡咯 谷氨酸盐聚甲氧基噻吩 多巴氨盐聚n - 甲基吡咯盐聚苯乙烯磺酸盐 氯丙嗪、硫利达嗪聚吡咯黑素 酚噻嗪聚吡咯黄素腺嘌呤二核苷酸( f a d ) 氯丙嗪聚吡咯f a d 0 电刺激响应体系是通过电化学方法来控制释放药物，与一般药物释放体系相 比，其优点在于能控制释放的进程，即药物释放的通断和速率。在这类体系中， 药物包埋于高分子载体中，在电信号的刺激下高分子结构发生变化，从而进行药 物的释放。表i - i 是一些可用于设计电刺激响应释放体系的高分子材料及其控制 释放的药物。 1 5 3 生物信号刺激响应释放材料 这类体系的最初设计是以可溶性高分子为载体，通过化学键合携带药物和连 接