（材料学专业论文）丝素蛋白纤维聚N异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能研究.pdf

摘要 聚n 异丙基丙烯酰胺( p n i p a a m ) 水凝胶是一种近期研究较为广泛的温度敏感性智能 材料，其低临界溶解温度( l c s t ) 为3 2 。c 左右，当温度低于3 2 时，p n i p a a m 分子链呈 亲水结构，水凝胶吸水溶胀，当温度高于3 2 时，p n i p a a m 分子链由亲水结构转变成疏 水结构，并且疏水基团发生缔合，导致水分子被排出，水凝胶体积迅速收缩减小，基于这 个特点，p n i p a a m 水凝胶受到极大地关注并应用在许多领域。 传统p n i p a a m 水凝胶力学性能差，易破碎，而且收缩时容易形成表皮层，导致响应 速率变慢，因此p n i p a a m 水凝胶在实际应用中存在一定局限性。近期不断涌现关于改善 p n i p a a m 水凝胶力学性能及提高对温度的响应速率方面的报道。本文试图利用丝素蛋白 纤维改善传统p n i p a a m 水凝胶上达缺陷，即以丝素蛋白纤维为添加材料，制备了丝素蛋 白纤维聚n 异丙基丙烯酰胺复合水凝胶，考察丝素蛋白纤维的分散效果和复合水凝胶力 学性能，研究复合水凝胶温度响应及反复溶胀收缩性能，还评价了其对醋酸氯己定的控 释效果。 结果表明，无论是增加丝素蛋白纤维的长度或添加量，都会使其在复合水凝胶中分散 效果变差，但复合水凝胶的力学性能随着丝素蛋白纤维长度和添加量的增加而得以改善。 由于长度为2 r a m 的丝素蛋白纤维分散效果较好，因此本文重点研究了长度为2 m m 的丝素 蛋白纤维对p n i p a a m 水凝胶溶胀和温度响应性能的影响。溶胀初期，复合水凝胶中丝素 蛋白纤维含量越高，溶胀速率越快。收缩实验中，由于处在复合水凝胶表面的丝素蛋白纤 维与水凝胶之间形成空隙，类似人体皮肤毛孔结构，当体系收缩时可以作为输水通道有利 于水分子的排出，因此提高了复合水凝胶对温度的响应速率，但当丝素蛋白纤维含量增加 时，处在体系内部的纤维对体系收缩起到物理限制作用，因此收缩速率有所减缓。反复溶 胀收缩实验中，这种输水通道也起到至关重要的作用，丝素蛋白纤维含量越高，反复溶 胀收缩重现性好，持水率变化幅度大。此外，药物控释实验中，复合水凝胶在3 7 时， 醋酸氯己定释放量要大于2 0 时，丝素蛋白纤维含量为0 5 时，药物的释放性能更优。 综上所述，丝素蛋白纤维不仅改善p n i p a a m 水凝胶的力学性能，而且提高了对温度的响 应速率，使复合水凝胶具备开发成新型生物医用材料的潜力。 关键字：聚n 异丙基丙烯酰胺；丝素蛋白纤维；力学性能；响应速度；医用材料 a b s t r a c t p o l y ( n i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) h y d r o g e li st h em o s tw i d e l ys t u d i e dt e m p e r a t u r e r e s p o n s i v e h y d r o g e la ss m a r tm a t e r i a l ，i t sl o w e rc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ( l c s t ) a tar a n g eo f3 2 * ( 2 b e l o wt h i st e m p e r a t u r e ，t h ep n i p a a mc h a i ni sh y d r o p h i l i ca n dw e l ls w o l l e ni na q u e o u sm e d i a w h i l ea b o v et h i st e m p e r a t u r e ，t h eh y d r o p h i l i c h y d r o p h o b i cb a l a n c eo fp n i p a a m p o l y m e r i c c h a i ns h i f t st oah y d r o p h o b i cn a t u r ea n df o r m sa h y d r o p h o b i ea g g r e g a t i o n a sar e s u l t ，t h ew a t e r f l o w sa n dt h ev o l u m ec o l l a p s e s w h i l ei nv i e wo ft e m p e r a t u r e - s e n s i t i v ep r o p e r t y , p n i p a a m h y d r o g e lh a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o na n db e e nu s e de x t e n s i v e l ya tm a n yf i e l d s c o n c e r n i n gt h eh o m o g e n e o u sp n i p a a mh y d r o g e l ，i t sl i m i t a t i o n si np r a c t i c a la p p l i c a t i o nl i k e p o o rm e c h a n i c a lp r o p e r t y , s l o wr e s p o n s er a t eb e c a u s eo ft h ef o r m a t i o no fs k i nf i l md u r i n g d e s w e u i n gp r o c e s s t h e r e f o r e ，r e c e n tr e s e a r c hf o c u s e do ni m p r o v e m e n to ft h em e c h a n i c a l p r o p e r t ya n dr e s p o n s er a t e i nt h i ss t u d y , t od e a lw i t ht h e s el i m i t a t i o n s ，an o v e lc o m p o s i t ep o l y f n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) h y d r o g e lw a sp r e p a r e db yr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o nv i au s i n gf i b r o i n f i b e ra s f i l l i n gm a t e r i a l t h ed i s p e r s i o ne f f e c to ff i b r o i nf i b e ra n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo f c o m p o s i t eh y d r o g e l sw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s p o n s er a t ea n do s c i l l a t i n gs w e l l i n g d e s w e l l i n g p r o p e r t yo fc o m p o s i t eh y d r o g e l sw e r es t u d i e d i na d d i t i o n ，c h l o r h e x i d i n ea c e t a t er e l e a s ep r o f i l e s f r o mt h ec o m p o s i t eh y d r o g e l sw e r ea l s os t u d i e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i s p e r s i o ne f f e c to ff i b r o i nf i b e rw i t h i n c o m p o s i t eh y d r o g e l s d e c r e a s e dw i t hm o r eo rl o n g e rf i b r o i nf i b e r , b u tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yd i dt ot h ec o n t r a r y e s p e c i a l l y , f i b r o i nf i b e rw h i c hw a s2 r a mi nl e n g t hd i s p e r s e dw e l lw i t h i nh y d r o g e l s t h e n ，t h e a r t i c l em a i n l ys t u d i e do nt h ei m p a c to ff i b r o i nf i b e ro f2 m mi nl e n g t ho nt h ep r o p e r t i e so f c o m p o s i t eh y d r o g e l s i tw a sf o u n dt h a tt h ei n c o r p o r a t i o no ff i b r o i nf i b e rc o u l di m p r o v et h e s w e l l i n gr a t ea tt h eb e g i n n i n go fs w e l l i n g , a n dt h eh i g h e rf i b r o i ns i l kc o n t e n t ，t h eg r e a t e r s w e l l i n gr a t e w h e ni tc a m et od e s w e l l i n ge x p e r i m e n t ，t h e r ew e r eg a p sb e t w e e nt h ef i b r o i nf i b e r a n dh y d r o g e lo ni t ss u r f a c e ，i t ss t r u c t u r el i k e ss k i np o r eo fh u m a n , w h i c ha c t e da st r a n s m i s s i o n c h a n n e l so fw a t e r , r e s u l t i n gi nt h eb e n e f i to ft h eo u t f l o wo fw a t e rf r o mt h ei n t e r i o rh y d r o g e l ，s o t h er e s p o n s er a t eo fc o m p o s i t eh y d r o g e l sw a s i m p r o v e d a t t e m p e r a t u r ea b o v el c s t s u b s e q u e n t l y , t h er e s p o n s er a t ed e c r e a s e dw i t hm o r ef i b r o i nf i b e rc o n t e n t ，b e c a u s ef i b r o i nf i b e r i i a c t e da sap h y s i c a lr e s t r a i n ta g a i n s tt h ev o l u m ec h a n g eo f h y d r o g e l sa tt h a tt i m e m o r e o v e r , t h e g a pa l s op l a y e da na c t i v er o l ei no s c i l l a t i n gs w e l l i n d e s w e l l i n gp r o c e s s ，t h eh i g h e rf i b r o i ns i l k c o n t e n t ，t h eg r e a t e ro s c i l l a t i n gs w e l l i n g d e s w e l l i n gp r o p e r t y f r o mc o n t r o lr e l e a s es t u d y , t h e a m o u n to fc h l o r h e x i d i n ea c e t a t er e l e a s e df r o mc o m p o s i t eh y d r o g e l sa t37 * ( 2w a sm o r et h a na t 2 0 c a n dt h ec o m p o s i t eh y d r o g e lw i t ht h ef i b r o i nf i b e rc o n t e n to f0 5 e x h i b i t e dt h eb e t t e r r e l e a s ep r o f i l e i naw o r d ，f i b r o i ns i l kn o to n l yi m p r o v e dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp n i p a a m h y d r o g e l ，b u ta l s oi m p r o v e di t sr e s p o n s er a t e ，s ot h ec o m p o s i t eh y d r o g e l sa r ec o n s i d e r e df o r p o t e n t i a lb i o m e d i c a la p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：p o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) ；f i b r o i nf i b e r ；m e c h a n i c a lp r o p e r t y ；r e s p o n s er a t e ；m e d i c a l m a t e r i a l i i i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：秒过男 日期。1 月夕日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 日期。彳 保密口，在年解密后使用本版权书。 不 移粉 月 ，；日 刍鳕p 醐2 叶月侈日 浙江理l ：人学硕十学位论文 1 1 文献综述 第一章前言 凝胶是高分子链之间以化学键或物理作用力形成的交联结构的溶胀体，不能溶解也不 能熔融，它既是高分子的浓溶液，又是高弹性的固体，小分子物质能在其中渗透或扩散。 凝胶一般都含有水分，因此也称为水凝胶，水凝胶按照来源分可以分为天然水凝胶和合成 水凝胶，前者包括豆腐、琼脂、果胶、淀粉胶冻等，后者包括隐形眼镜、高吸水性树脂等。 自2 0 世纪7 0 年代术，美国麻省理工学院田中丰一教授发现凝胶的体系相变现象，人们看到 凝胶巨大的应用前景，因此纷纷开始着手对凝胶，特别是智能水凝胶的研究【l 】。 1 1 1 智能水凝胶 智能型水凝胶( i n t e l l i g e n t0 1 s m a r th y d r o g e l s ) 是一类能对外界环境中微小的物理或化学 刺激如温度、p h 值、离子、电场、介质、光、应力、磁场等做出响应，其自身性质会发生 明显变化的水凝胶。因此，这种水凝胶又称为环境敏感性水凝胶，或刺激响应性水凝胶。 根据所受刺激信号的不同，智能水凝胶可以分为温度敏感性水凝胶、p h 敏感性水凝胶、 光敏感性水凝胶、磁场敏感性水凝胶和电场敏感性水凝胶等很多种类。温敏性水凝胶是能 响应温度变化而发生溶胀或收缩的水凝胶。当凝胶在水或水溶液中溶胀时，随着温度的改 变其体积发生不连续的变化，在某一临界温度附近，当温度发生微小改变时，其体积会发 生突跃性变化，变化的幅度可达数倍至数十倍；p h 敏感性水凝胶是体积能随介质p h 值的 变化而变化的凝胶，一般来说，具有p h 响应性的水凝胶网络中含有酸性碱性基团，随着 介质p h 值、离子强度的改变，这些基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离， 引起不连续的体积变化；光敏感性水凝胶是由于光辐照而发生体积变化的凝胶。紫外光辐 照时，凝胶网络中的光敏感基团发生异构化或光解离，因基团构象和偶极距变化而使凝胶 溶胀；电场敏感性水凝胶一般是聚电解质，它在电场刺激下，凝胶产生溶胀和收缩并将电 能转变为机械能；磁场敏感性水凝胶，一般包含有磁性微粒子，这种凝胶可用作光开关和 图像显示板等。 浙江理i ：人学硕j 仁学位论文 1 1 2 聚n 异丙基丙烯酰胺水凝胶 1 1 2 1 聚n 一异丙基丙烯酰胺概况 1 9 6 8 壬1 z ，h e s k i n s 和g u i l l e t 【2 1 首次报道了一种具有温敏性的聚合物一聚n 异丙基丙烯酰 胺( p n i p a a m ) ，结构式如图l 一1 所示： + h z 一彳士 l l h 3 c c h 3 p n i p a a m t 具有低临界溶液温度( 1 0 w e rc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e 。l c s t ) ，大 约在3 2 左右，在l c s t 以下，p n i p a a m 溶于水中形成均匀的溶液，当温度升高至l c s t l c s t ， 弋一 l c s tj 丢rj缓，。；豢j ? 矿j i n t e r i o r h o m o g e n o u sh y d r o g e l f m r 0 1 n 纳e r 峙x t e r i o r y 8d8 巍，灌 i n t e r i o r ( a ) b u b b l e s t r a n s m i s s i o nc h a n n e i j t ： l c s t 裂嘎j 犁前哮 c o m p o s i t eh y d r o g e l 4 3 4 反复溶胀收缩性能 ( b ) 图4 5 复合水凝胶收缩过程示意图 图4 6 是部分复合水凝胶经反复溶胀收缩的震荡图。从图中看出，当温度发生交替变 化时，p n s f o 的持水率变化较小，震荡幅度在1 0 以内，p n s f l 持水率的震荡幅度较 p n s f o 略大，在1 0 以上，并且有明显的下降趋势。p n s f 3 和p n s f 5 的变化规律相似， 持水率的震荡幅度较大，p n s f 5 的震荡幅度达到将近3 0 。 在反复溶胀收缩循环过程中，p n s f 0 在收缩时，表面所形成的疏水表皮层，不利于 水凝胶内部水分子的排出，因此持水率下降较小；在溶胀循环过程中，之前形成的表皮层 会随着表面的p n i p a a m 分子链由疏水结构转变成亲水结构后逐渐消失，整个体系会在表 皮层消失后才能进一步溶胀，因此当温度在较短时间内产生交替变化时，p n s f 0 持水率 变化幅度较小。 但对于含有丝素蛋白纤维的复合水凝胶样品，在收缩循环过程中，如前所述，其表面 与丝素蛋白纤维之间存在的空隙，可以作为输水通道有利于水分子的排出，所以复合水凝 胶对温度的响应速率比纯p n i p a a m 水凝胶快，即收缩速率快。当处在溶胀循环时，当表 皮层未完全消失前，这种的空隙有利于水分子进入复合水凝胶内部，从而促进凝胶快速吸 4 2 浙江理1 ：人学硕十学位论文 水。换言之，当温度发生交替变化时，复合水凝胶表面与丝素蛋白纤维之间存在的空隙可 作为输水通道，便于水分的进出，提高其反复溶胀收缩性能，使其持水率震荡幅度变大。 而p n s f l 表面空隙数量有限，在反复溶胀收缩循环中水分子通过此通道进入水凝胶内部 的量不能弥补在收缩过程中所失去的量，因此随着循环次数增多，p n s f l 的持水率总体 呈下降趋势。当丝素蛋白纤维含量增加时，表面的空隙也增多，其输水作用明显加强，水 凝胶对温度的响应速率更快，并且在溶胀循环中，水分子同样可以通过空隙进入水凝胶内 部，吸收的水量基本可以弥补收缩循环中所失去的水量，持水率没有明显的降低，因此反 复溶胀收缩重现性好，持水率变化幅度大。 4 4 小结 零 斛 * 靶 厂 厂 厂 厂 广 厂 厂 o2 04 06 0 8 010 01 2 01 4 0 1 6 0 时间m i n 图4 6 复合水凝胶的震荡实验： p n s f 0 ( i ) ，p n s f i ( e ) ，p n s f 3 ( v ) ，p n s f 5 ( i ) 在溶胀实验中，复合水凝胶的溶胀比不仅与温度有关，而且与丝素蛋白纤维也有关系。 当温度低于l c s t 时，溶胀初期，丝素蛋白含量越高，溶胀速率越快，溶胀比也较大，但 达到平衡的时问较长，且达到平衡后，丝素蛋白含量越高平衡溶胀比越低；当温度高于 l c s t 时，溶胀初期，同样地丝素蛋白含量越高，溶胀速率越快，但溶胀比都很小，达到 平衡的时间短，且达到平衡后，丝素蛋白含量越高平衡溶胀比越高。 4 3 僦妣 加 浙江理1 ：人学硕十学位论文 通过考察不同温度下的复合水凝胶的平衡溶胀比的大小，表明复合水凝胶拥有良好的 低临界溶解性能，即平衡溶胀比随着温度的降低而增大，并且受到体系内丝素蛋白纤维含 量的影响，当温度低于l c s t 时，丝素蛋白纤维含量越高，对应的复合水凝胶平衡溶胀比 越小。 复合水凝胶在4 5 时收缩，处在复合水凝胶表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间会形 成空隙，当体系收缩时可以作为输水通道有利于水分子的排出，因此对温度的响应速率比 纯p n i p a a m 水凝胶快；当丝素蛋白纤维含量增加时，处在体系内部的纤维对收缩过程起 到物理限制作用，因此收缩速率有所减缓，但当其含量超过一定数值时，水凝胶表面的纤 维所起到的输水作用起到主导，收缩速率又有所提高。在复合水凝胶反复溶胀收缩实验 中，这种输水通道也起到至关重要的作用，便于水分进出水凝胶，因此丝素蛋白纤维含量 越高，复合水凝胶反复溶胀收缩重现性越好，持水率变化幅度大。 浙江理l j 人学硕十学位论文 5 1 引言 第五章药物控释实验 醋酸氯己定为醋酸双胍类化合物，又称醋酸沈必泰，对葡萄球菌、变异链球菌、唾液 链球菌、白色念球菌、大肠杆菌、厌氧丙酸菌呈高度敏感，对嗜血链球菌中等度敏感，对 变形杆菌属，假单胞菌属，克雷白杆菌属和革兰阴性菌属低度敏感。抗菌机理：醋酸氯己 定吸附在细菌胞膜的渗透屏障，使细胞内容物漏出，低浓度抑制细菌，高浓度杀灭细菌， 因此醋酸氯己定溶液是一种较理想的广谱抑菌、杀菌剂，无药物不良反应【8 0 】。 醋酸氯己定溶液在临床上应用广泛1 8 l l ，一般用来治疗由各种致病菌引起的炎症，如用 o 0 2 醋酸氯己定溶液用于外科手术中皮肤表面消毒，用0 5 醋酸氯己定醇溶液替代常规 碘酒酒精消毒液对注射、输液等皮肤表面消毒，0 0 5 醋酸洗必泰用于治疗眼部急性结膜 炎，还可以用来治疗口腔炎、皮肤黏膜发炎，泌尿系统感染等。此外，为了扩展醋酸氯己 定的用途，有研究向一种玻璃离子胶中载入醋酸氯己定，利用前者有良好的缓释性能，可 以制成一种新型的生物医用材料【8 2 】；在醋酸纤维素静电纺丝的过程中加入醋酸氯己定，制 成具有抗菌性的功能纤维等1 8 3 ) 。 本实验通过浸渍的方法，将醋酸氯己定载入复合水凝胶内，考察在不同温度下在p b s 溶液中对醋酸氯己定的缓释效果，比较不同丝素蛋白纤维含量的复合水凝胶的缓释行为。 5 2 实验部分 5 2 1 实验材料及仪器 实验材料及仪器：醋酸氯己定( c a ) ，锦州九泰药业有限责任公司，含量9 9 。紫外可 见光分光光度计是日本s h i m a d z u 公司的u v - 2 5 5 0 。 5 2 2 实验方法 波长的选择：称取一定质量的c a 溶解在p b s 中，配制成一定浓度的c a 溶液，以 p b s 以对照空白样，用紫外分光光度仪于2 0 0 - - 4 0 0n m 波长范围内进行扫描。图5 - 1 是醋 4 5 浙江理i ：人学硕十学位论文 酸氯己定溶液的紫外吸收对照谱图，从图中看出，在2 5 4 n m 波长处有特征吸收，而对照 空白样溶液在该波长处无吸收，因此将2 5 4 n m 处作为定量分析的依据。 蜊 米 登 人n m 图5 1醋酸氯己定溶液的紫外吸收对照谱图 标准曲线的绘n - 精确称取o 0 5 、0 1 5 、0 2 5 、0 3 5 9 的c a 溶解于去离子水中，分别 配制成o 0 0 1 9 m l ，0 0 0 3g m l ，0 0 0 5g m l 和0 0 0 7g , m l 的c a 溶液后，稀释1 0 0 倍后，取 适量的上述溶液，以p b s 为空白，在2 5 4 n m 波长处测定溶液的吸收度。 图5 2 是醋酸氯己定浓度c ( m g m 1 ) 与其吸收度a 经线性拟合后的标准曲线图，拟合 方程为a = 5 3 7 0 2 5 c 0 3 6 2 9 7 ，r = 0 9 9 5 6 2 。结果表明，醋酸氯己定浓度在o 0 1 到0 0 7 m g m l 范围内与吸收度的线性关系良好。 浓度m g ，m l 图5 2 醋酸氯己定溶液的标准曲线 药物承载：将c a 配制成0 0 0 5 9 m l 溶液，2 0 ( 2 时复合干凝胶在2 0 m l c a 溶液中浸泡 浙江理 ：人学硕十学位论文 7 d ，取适量残液稀释1 0 0 倍后用紫外可见光分光光度计检测c a 的浓度，并根据浸泡前后 溶液体积的改变来计算复合水凝胶的载药量，w c a - - c o v o c v ，c o ，c 分别是浸泡前后 c a 的浓度，v o ，v 分别是浸泡前后c a 溶液的体积。 药物释放：将载有c a 的复合水凝胶从2 0 的c a 溶液中取出，分别置于2 0 和3 7 的p b s 缓冲液中，缓冲液的体积为2 0 m l ，每间隔一定时间从体系中取出3 m l 液体用紫 外可见光分光光度计测试c a 的含量，并同时向体系中补充3 m l 相同温度的p b s 缓冲液， 以保持体系总体积不变，此时的c a 释放总量( 呦= 1 0 0 w ，w c a ，w ，为此刻c a 的释放 量。 5 3 结果与讨论 p n i p a a m 水凝胶中没有极性较强的基团，即使加入了少量的丝素蛋白纤维，体系对药 物也没有较强的亲和力，因此可以假定c a 与p n i p a a m 水凝胶没有化学或物理的作用， c a 只是简单地存在于水凝胶网络体系内，因此载药量只与水凝胶溶胀比有关。 图5 3 是复合水凝胶分别在2 0 和3 7 时对醋酸己内定的释放曲线，从图中看出， 无论是在2 0 ，还是在3 7 。c 释放，在前5 h 释放较快，之后是一个缓慢的释放状态。其中 在2 0 释放时，复合水凝胶的释放行为没有明显的差异，5 0 h 后的释放量都在3 0 以下， 而在3 7 释放的复合水凝胶中，p n s f 3 的释放量最多，达到5 5 。 复合水凝胶在2 0 释放时，其释放行为符合典型的双相释放模式，在前5 h 内，由于 处在复合水凝胶表面的c a 进入p b s 中，因此短期内的释放量较大，呈现“暴释”状态，之 后由于水凝胶内部与外界溶液的c a 浓度达到平衡，因此处在水凝胶内部的c a 几乎不再 进入p b s 中，释放达到平衡。在3 7 4 c 释放时，温度高于l c s t ，复合水凝胶体系开始收缩， 体积减小，处在内部的c a 被挤出，再者，水凝胶表面的c a 由于浓度的扩散作用也进入 p b s 中，因此复合水凝胶在3 7 时，释放量要大于在2 0 的释放量。此外，由复合水凝 胶中丝素蛋白纤维含量的不同，其释放行为也存在差异，上一章中，丝素蛋白纤维的存在， 在一定程度上提高了复合水凝胶的收缩性能，但是p n s f 4 内部的丝素蛋白纤维主要起物 理限制作用，它阻碍了水凝胶体系的体积收缩，因此当p n s f 4 作为药物载体时，其释放 效果也一般，而p n s f 3 收缩性能良好，其对c a 的释放效果也最好。 4 7 浙江理1 ：人学硕十学位论文 5 4 小结 紧 、 蛐 辎 洪 时间h 图5 3 复合水凝胶对醋酸氯己定释放曲线：p n s f 0 ( m ) ，p n s f 3 ( v ) ，p n s f 4 ( , ) 通过药物控释实验发现，复合水凝胶能够承载醋酸氯己定，并研究了其在不同温度下 的释放效果，结果表明，由于复合水凝胶对温度存在响应性，在高于l c s t 时，体系收缩， 有利于水凝胶内部的醋酸氯己定的排出，从而提高它对药物的释放效果。此外，复合水凝 胶中丝素含量对其释放效果也有影响，含量适当的复合水凝胶有更好的收缩性能，更有利 于c a 的排出。 浙江理一i ：入学硕十学位论文 6 1 结论 第六章结论与展望 丝素蛋白纤维在n a c m c 被分散呈单丝状，它的加入使复合水凝胶的外观从无色透 明转变为半透明，并逐渐变白。丝素蛋白纤维长度越短，添加量越少时，其在复合 水凝胶中的分散效果越好。 复合水凝胶的储能模量和损耗模量随着丝素蛋白纤维添加量的增加而增加，表明丝 素蛋白纤维能改善复合水凝胶的力学性能，并且当添加量一定时，长度越长的纤维 增强效果越明显。 复合水凝胶在2 0 时溶胀，初期丝素蛋白纤维含量越高，溶胀速率越快，当达到 溶胀平衡后，纤维含量越高，平衡溶胀比越小。而在4 5 时溶胀，虽然溶胀比较 小，但初期的溶胀行为与2 0 时相似，即纤维含量越高，溶胀速率越快，当达到 溶胀平衡后，纤维含量越高，平衡溶胀比越大。 收缩实验和反复溶胀收缩实验表明，处在复合水凝胶表面的丝素蛋白纤维与水凝 胶之间存在的空隙，类似于人体皮肤毛孔结构，当体系收缩时或溶胀时可以作为输 水通道有利于水分子的进出，有效地降低了表皮层效应，提高了p n i p a a m 水凝胶 对温度的响应速率，并且使其反复溶胀收缩重现性更好。 通过药物控释实验发现，复合水凝胶是温度响应型水凝胶，在高于l c s t 时，体系 收缩，水凝胶内部的醋酸氯己定的排出，并且当丝素蛋白含量为o 5 时，释放效 果较好。 6 1 展望 丝素蛋白纤维的加入不仅改善了p n i p a a m 水凝胶的力学性能和温度响应性能，而且 提高其生物相容性，有望开发成一种新型医用材料，如医用水凝胶敷料，它不仅具有一般 新型敷料的特点，而且当其应用到伤口上时对伤口的刺激较小，病人感觉舒适，是一种理 想的敷料。为了进一步探讨其作为医用材料的可能性，还需进行生物相容性和动物实验及 最后的临床应用研究。 4 9 ) ) ) ) ) 1 2 3 4 5 ( ( ( ( ( 浙江理1 ：人学硕十学位论文 参考文献 1 】顾雪，朱育平凝胶化学 m 】北京：化学工业出版社，2 0 0 5 ：2 2 】h e s k i n sm ，g u i l l e tje s o l u t i o np r o p e r t i e so fp o l y ( i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) j jm a c r o m o ls c i c h e ma ，1 9 6 8 ，2 ( 8 ) ：1 4 4 1 1 4 5 5 3 】h i r o k a w ay ，t a n a k at v o l u m ep h a s et r a n s i t i o ni nan o n i o n i cg e l j jc h e mp h y s ，19 8 4 ， 8 1 ( 1 2 ) ：6 3 7 9 6 3 8 0 4 】邓字巍，易昌凤，徐祖顺聚( n - 异丙基丙烯酰胺) 类材料的应用 j 】功能高分子学报， 2 0 0 4 ，l7 ( 2 ) ：31 4 3 2 4 【5 】李雄伟，严昌虹，廖奇接枝聚合物p a a - g p i p a 微球的制备及其温控释药研究 j 】高 分子学报，1 9 9 4 ，2 ：1 5 6 - 1 6 1 【6 】b a eyh ，o k a n ot ，h s ur ，e ta 1 t h e r m o s e n s i t i v ep o l y m e r sa so n o f fs w i t c h e sf o rd r u g r e l e a s e j m a k r o m o lc h e mr a p i dc o m m u n ，1 9 8 7 ，8 ( 1 0 ) ：4 8 1 4 8 5 7 】h s i u egh ，h s ush ，y a n gcc ，e ta 1 p r e p a r a t i o no fc o n t r o l l e dr e l e a s eo p h t h a l m i cd r o p s ，f o r g l a u c o m at h e r a p yu s i n gt h e r m o s e n s i t i v ep o l y - n i s o p r o p y l a c r y l a m i d e j b i o m a t e r i a l s ，2 0 0 2 ， 2 3 ( 2 ) ：4 5 7 4 6 2 8 】i c h i k a w ah ，a r i m o t om ，f u k u m o r iy d e s i g no fm i c r o c a p s u l e sw i t hh y d r o g e la sa m e m b r a n ec o m p o n e n ta n dt h e i rp r e p a r a t i o nb ya s p o u t e db e d j p o w d e rt e c h n o l o g y , 2 0 0 3 ， 1 3 0 ( 1 ) ：1 8 9 - 1 9 2 【9 】l e ew f ，c h i urj i n v e s t i g a t i o no fc h a r g ee f f e c t so nd r u gr e l e a s eb e h a v i o rf o ri o n i c t h e r m o s e n s i t i v eh y d r o g e l s j m a t e rs c ie n gc ，2 0 0 2 ，2 0 ( 1 ) ：1 6 1 - 1 6 6 【10 h i n r i c h s ，wlj ，s c h u u r m a n s n i e u w e n b r o e k , e ta 1 t h e r m o s e n s i t i v ep o l y m e r sa sc a r r i e r s f o rd n a d e l i v e r y j jc o n t r o l l e dr e l e a s e ，19 9 9 ，6 0 ( 2 ) ：2 4 9 2 5 9 1 l 】s u nsj ，l i uwg ，c h e n gn ，e ta 1 at h e r m o r e s p o n s i v ec h i t o s a n n i p a a m v i n y ll a u r a t e c o p o l y m e rv e c t o rf o rt r a n s f e c t i o n j b i o c o n j u g a t et h e m ，2 0 0 5 ，l6 ( 4 ) ：9 7 2 9 8 0 1 2 】d i n gxb ，s u nzh ，z h a n gwc ，戗a 1 a d s o r p t i o n d e s o r p t i o no f p r o t e i no nm a g n e t i c p a r t i c l e sc o v e r e db yt h e r m o s e n s i t i v ep o l y m e r j ja p p lp o l y ms e i ，2 0 0 0 ，7 7 ( 1 3 ) ： 2 9 15 2 9 2 0 【13 】a y a n oe ，n a m b uk s a k a m o t oc ，c ta 1 a q u e o u sc h r o m a t o g r a p h ys y s t e mu s i n gp h - a n d 浙江理l ：人学硕十学侥论文 t e m p e r a t u r e r e s p o n s i v es t a t i o n a r yp h a s ew i t hi o n e x c h a n g eg r o u p s j jc h r o m a t o g ra ， 2 0 0 6 ，111 9 ( 1 ) ：5 8 - 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1 3 2 5 1 8 1 周平，邓延倬，曾云鹗用温度敏感高分子为载体的激光光声免疫分析及其应用 j 】 分析化学，1 9 9 7 ，2 ：1 4 4 1 4 8 【19 】d i n gzl ，c h e ngh ，h o f f m a nas u n u s u a lp r o p e r t i e so f t h e r m a l l ys e n s i t i v e o l i g o m e r - e n z y m ec o n j u g a t e so fp o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) 一t