生物可降解多糖气凝胶材料的研究进展

生物可降解多糖气凝胶材料的研究进展生物可降解多糖气凝胶材料的研究进展 综述2019 V I 33 N Z1 mater rep 生物可降解多糖气凝胶材料的研究进展王雪 朱昆萌 彭 长鑫 钟铠 崔升1 2 1南京工业大学材料科学与工程学院 材料化学工程国家重点实验室 南京2118162江苏省先进无机功能复 合材料协同创新中心 南京211816生物可降解多糖气凝胶是一类以 广泛自然界的生物可降解多糖为原料 采用溶胶 凝胶法结合超临界干燥技术或者冷冻干燥技术制得的三维纳米网络 结构材料 由于生物可降解多糖具有许多独特的物理 化学和生物 特性 如阳离子聚电解质性 生物相容性 生物可降解性 易于化学 修饰 安全无毒等 并结合气凝胶材料的高和高等特性 理 包装和生物医药等领域都有的广泛应用 本文维素 壳聚糖 和等生物可降解多糖气凝胶的研究进展 包生 物可降解多糖气凝胶的常用制法 性领域的应用进展 关键词生物可降解多糖气凝胶三维纳米网络结构 TB34 AResearch Progressof BiodegradablePolysaharides AerogelsWANGXue1 2 ZHU Kunmeng1 2 PENG Changxin1 2 ZHONG Kai1 2 CUI Sheng1 2 1State KeyLaboratory of Materials Oriented ChemicalEngineering College ofMaterials Science and Engineering Nanjing Tech University Nanjing2118162Jiangsu CollaborativeInnovation Centerfor AdvancedInorganic FunctionComposites Nanjing211816Biodegradable polysaharideaerogel isa materialwith athree dimensional nano work structure whichis prepared by asol gel methodbined with supercritical drying technologyor freeze rying technology Because biodegradablepolysaharides havemany uniquephysical chemical andbiological propertiesbinedwiththe highspecific surfacearea andhigh porosityof aerogel materials they arewidely usedin wastewatertreatment textile paper food packagingand biomedicine This papermainly introducesthe preparation properties andapplications indifferent fieldsof cellulose chitosan sodium alginate and konjac K ey wor dsbiodegradable polysaharide aerogel 3D nano work structure 引言在可再生的中 天然分非的地 2 凝胶的形成 3 凝胶的干燥 不是所有的可多糖气凝胶的制备都需过三步才能得到 首从原料的溶解来说 比如纤维素中的纳米纤维素 NFC 不需要经 过溶解 其均匀分散在水溶液中可以直接通过氢键的作用形成凝胶 3 原料的溶一中涉及的溶的可多糖 比如纤维素 除NFC 聚糖等 纤 维素的溶解一直是科们研究的一个题 目前纤维素的溶剂体系大致可以分为衍t溶剂和非衍溶剂 对再生纤维素气凝胶的制备 低温碱脲体系前溶解纤维素 性价比 较的常用的一种溶体系 壳聚糖是一种白色粉体 由其半结晶强氢键作用 的内聚能密度和 溶解度 晶 晶型的聚糖一般在普遍的溶剂中都不能溶解 由于壳聚糖和纤维素的相似 某纤维素的溶剂聚糖的良溶剂 1 有一较易溶的多糖 比如海藻 琼脂 魔芋叉菜胶等 这一类可降 解多糖易溶于水 琼脂和魔 1RT 15R35 自然科学研究重大项目 15IKA430005 研 究生科研与实践创新计划项目 KY CX17 0977 江苏省重点研发 产业前瞻与共性关键技术 项目 BEx x171 BExx151 宿迁市科技计划项目 Mxx04 This worlcwas financiallysupported bythe InnovationTeam Project of theMinistry ofEducation 1RT 15R35 University NaturalScience ResearchMajor Projectof Jiangsu Province 15KJA430005 Graduate Researchand PracticeInnovation Programof JiangsuProvince KYCX17 0977 Key Researchand Development Industry Prospjectand CommonKey Technology ProjectofJiangsuProvince BExx171 BExx151 Scie nceand Technology PlanProject ofSuqianCity Mxx04 H scui njtech 476芋由于其强氢键作用在水溶液中即可形成物理凝胶 海藻酸叉菜胶均为藻类多糖 易溶于水 可通过二价或三价交联 表1壳聚糖的溶剂体系Table1Solvent systemof chitosan种类溶解试剂无机盐高浓度酸强极性溶剂强碱氟化试剂酰 胺 氯化锂体系NaOH 尿素水溶液低温体系离子液体凝胶的形成是多糖气凝胶制备中的第 最为重的一步 凝胶的形成直接气凝胶的三维空间的形成 凝胶的形成方控制过 可多糖凝胶的形成方致可分为四种 第一种是在水溶液或碱液中凝胶 上文提到有一可多糖在水溶液中就可以直接凝胶 括NFC和琼脂等多 糖 其具有强的氢键作用 在水溶液中直接形成交联 不需要何 外加试剂或凝胶试剂 也不需要其他的凝胶处理直接可干燥得到气 凝胶 还有的需要在碱液中形成凝胶 比如壳聚糖由于氨基的不易溶于水 但是易溶性溶液 将一定量的氢溶液加入壳聚糖酸性溶液 碱液与 溶液中和 即碱液的加入增加了溶液的强度 当pH值大于6 5时 接 聚糖中氨基的pK另一方面 目前多糖气凝胶的业化生产 仍需多的努力 制备工艺的优化 生产周期的缩短产成本的都有该 材料的广泛与应用 在的 资源日益 可 和 环 的再生资源面临的 相来生物可 多糖气凝胶材料具有巨大的应用前景 参考文南犬1施晓文 邓红兵 杜予民 伊壳素 壳聚糖 料及应用 化 学工业出版社 xx 2Cui S Wang X Zhang X et al Cellulose 20H 25 1 735 3Li J Zuo K Wu W et al Carbohydrate Polymers 20 J 196 376 4Mikkonen KS Parikka K Ghafar A et al Trends inFood Science Techinolo ib 20 3 34 2 124 5Kistler SS Journal ofphysics chemistry 1931 36 1 52 6YangJ ZhangE LiX etal Ca on xx 98 50 7Lu Y Yuan W ACS AppliedMaterials Interfaces xx 9 34 29167 冻干燥得到的复合气凝胶对环丙的最大吸附量在303K 达到811 03mg g pH 7 Chen等 20 用得到纳米纤维 进一与KGM通过溶胶 凝胶法得到纳米纤维 KGM复合气凝胶 其最大相对率达到62 研究结果显纳米纤维的增加会增强复合气凝胶的强度 3结语随着气凝胶材料的 可多糖气凝胶也越来越受到人们的 正为多糖具有相容性好 全无毒 易环保等 并合了气凝胶材料度 小 孔率定性好等特性 使得生可多糖气凝胶未来在吸附 装 隔隔声等领域都有的潜能 但多糖气凝胶仍存在一些问题一方面 生物可降解多糖气凝8Sai H et al Composites ScienceandTechnology 2018 155 72 9Ding B Cai J Huang J et al Journal ooMaterials Chemistry xx 22 12 5801 10Ellcadib A Bou smina M Chemistry xx 18 27 8264 11Barlaera V et al Biomacromolecules 20 7 18 12 3978 12Yu R et al ACS AppliedMaterials Interfaces xx 9 26 21809 13Li Y Zhang H Fan M et al Physical ChemistryChemical PhysicsPC CP xx 18 36 25394 14Yang J Xia Y Xu P et al Cellulose 2018 25 6 3533 15Nawaz M et al Carbohydrate Polymers 20 8 199 109 16Shao L Cao Y Li Z et al International Journal o BiologicalMacromolecules 2018 114 1338 17Yuan Y Wang L Pang J et al Chinese JournalooStructural Chemistry xx 36 2 340 18Wang Y Wu K Xiao M et al Carbohyyrate Polymersy2018 197 284 19Yuan Y Yang D Mei G et al Colloids andSuyaces APhysicochemical and Engineering Aspects 2018 544 187 20Chen X Fang DY Luo XL et al Chinese Journaloo StructuralChe m iry xx 36 12 2051 Xue Wangis studyingat Nanjing Tech University From Sep xxto Jun xx her graduatedfrom NanjingTechUniversity witlia majorin inorganion me tallicmaterials At present the firstauthor ofthe studentpublished1article in the Cellulosejournal andapplied for3national inventionpatents The researchwork mainlyHocuses onnew nanopositesand aerogelmaterials and carriesout basicresearch onthe preparation processand performanceoptimization ofnano positesand aerogelmaterials 王雪 工业在读研究生 xx年9月xx年6月毕业于 南京工业无机非材料专业 目前第一作SCI论文 篇 国专利3项 研究工作纳米复合材料 气凝胶材料等 纳米复合材料气凝胶材料 制备工艺调控和应用性能优研究 have animportant influenceinthedomestic aerogelfield 崔升 工业 博士研究生导师 xx年士毕业于南京工业材料学专业 其中xx xx年到美国佐治工达农工问研究 在国术期论文200余篇 近5年来 在EnergyjEnvironmentalScience ChemicalCommu nications Green Chemistry Materials Letters等发表论文70余篇 SCI收录51篇 用次数达849 篇他引最 高116 国专利25 PCT国际专利1项 其研究方向为气凝胶材料 高率等 在国内气凝胶材料界具有力 发起并气凝胶材料国术研并 组成立了中国绝热能材料协会气凝胶 分会 国第一个气凝胶材料国 GB T34336 xx 5年来 国 业题11 与22 xx年度中国产学研合作合奖 xx年度状 xx年度硅年科技奖 xx年 度中国业大 均第一 等 Sheng Cuiobtained hisPh D degree fromthe NanjingTechUniversityand servedin SchoolofMaterialsScie nceandEngin