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摘 要

聚谷氨酸这种新型的高分子聚合物水溶性好，吸附性能强，可自然降解，无毒无害，可食用，在农业、食品、医药、化妆品、环保、合成纤维和涂膜等领域都有研究和应用。特别值得一提的是聚乳酸良好的生物相容性和可降解性使其在组织工程、药物控释和生物医用领域极具应用前景。

考虑到聚谷具有极强的吸水性，本文采用聚谷氨酸、PLA共混物为纺丝原料，利用三氟乙酸为溶剂，配制纺丝液，利用静电纺丝技术制备纳米纤维膜。实验通过调整聚谷氨酸/PLA的配比，纺丝液中高分子物质的浓度，结合静电纺丝工艺，确定较好的成膜条件为:聚谷（g）：PLA（g）=0.3:1,溶质（g）：溶剂（ml）=17%，

温度40℃，空气湿度很小，纺丝电压为22.05kV，进给速度为0.1ml/h。

关键词：聚谷氨酸 PLA 静电纺丝 原料共混 纤维膜

The research of PGA/PLA electrostatic spinning technology

Abstract

As the new type of high polymer material, PGA has been researched and applied in areas like agriculture, food, medicine, cosmetics, environmental protection, synthon and film because of its excellent water solubility, strong adsorption performance and can be degraded naturally. It is particularly worth mentioning is that eminent biocompatibility and biodegradability of PLA had made it very promising in tissue engineering, drug delivery and biomedical fields.

Considering its strong water solubility, in this paper, nanofiber membrane will be prepared in the use of PGA and PLA being mixed as the spinning raw material, trifluoroacetic acid as a solvent and with the help of electrospinning. By adjusting the maching of PGA/PLA and the concentration of polymer material in dopes,combining electrostatic spinning process, the deposition conditions determined as PGA (g): PLA (g) = 0.3: 1, solute (g): Solvent (ml) = 17%, temperature 40 ℃,low humidity, spinning voltage 22.05kV, feed rate of 0.1ml / h.

Keywords:Polyglutamic acid, PLA,Electrostatic spinning, Raw material blend, Fibrous membrane

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 4

1.1 聚谷氨酸 4

1.2 聚乳酸 6

1.3 静电纺丝技术 7

1.4 课题的研究意义及主要研究内容 9

第二章 原理部分 11

2.1 静电纺丝原理 11

2.2 静电纺丝溶剂选择原则 11

第三章 实验部分 12

3.1 实验试剂 12

3.2 实验仪器和设备 12

3.3 实验方案设计 13

3.4 静电纺丝纤维膜性能表征 14

3.5 实验结果与分析 14

3.4 结论 19

第四章 小结与展望 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸[Poly(γ-glutamic acid),γ-PGA]是两种不同类型的谷氨酸在γ-酰胺键链接形成的一种水溶性非常强的聚合物分子。聚谷氨酸（PGA）^[16,19]结构为：

图1-1 聚谷氨酸结构式

PGA 生物合成的研究主要集中在芽孢杆菌属的细菌 B.anthracis 、 B.anthracisATCC9945a 和 B. licheniformisATCC9945 (以前叫 B.subtilisATCC9945)等菌株上。

一开始，生物技术还处于初步发展阶段，对于高聚合度的氨基酸的合成，只能采用将一定量的氨基酸单体通过化学手段，在保护好各个基团的情况下链接或部分组合相连，最终形成长肽链。于是为了能形成稳定的γ-聚谷氨酸，其间需要做好保护基本，偶联，活化等措施。可想而知，用多肽合成法合成的γ-PGA会产生很多副产物，而且流程长，工艺复杂，产率低，并不能用于批量生产医用PGA。

再后来，PGA已经不用通过合成法来获得，取而代之的是，PGA被发现可以作为原料从植物中提取。在中国的大豆与纳豆菌接种以后，经过一系列工艺处理后会形成纳豆，而纳豆中就富含PGA。但是因为纳豆中PGA的含量不稳定，且混有其他物质，所以最后获得的PGA分子量将会很小，不仅如此，PGA纯度也不会太高，这就使得其方法并不能适应工业化的短时间、高效率、大批量的制备节奏。

在发酵纳豆提取PGA的启发下，最终发现了生产PGA最有效的方法是微生物发酵法。具体表现为集中批量培养菌体，并用微生物使其发酵并产生大量稠度较高的发酵液，再通话化学分离方法将PGA从发酵液中分离。这种方法弥补了前面方法中的产物不纯，产量低，操作周期长的缺点，而且培养菌种条件要求低，所以被大量用于商业化生产。

PGA聚合物水溶性很好，吸附性能也特别强，可自然降解，无毒无害，可食用等特性使其在各个领域具有广泛的前景^[2]。

表1-1 聚谷氨酸应用表

PGA虽然具有良好的应用前景,但同时也具有很多缺陷，因此极大地限制了它的应用:①热稳定性不好,在210℃开始发生分解,发生热重损失大概出现在温度235.9℃左右;②可塑性(成膜性)差,在酸碱性不强的溶剂中的溶解度很低,然而,PGA成膜的应用要求聚合物必须溶解形成溶液状态,所以这性质一定程度上限制了PGA的应用.此外,PGA的熔点较高,熔程较窄,因此一般聚酞胺所适用的熔融成型方法也不适用于PGA的成型(成膜或纺丝)^[13];③具有强亲水性,所以在PGA的使用和相关研究过程中,空气湿度,天气等外在因素对其影响很大。所以为了实际应用范围和目的需要,有必要对PGA进行改性措施,醋化、交联、共聚和接枝封端都是被认为是行之有效的改性方法^[20]。

1.2 聚乳酸

现在,塑料产品已经深深扎根进入了人们每一天的生活当中。即使在国家颁布了限塑令的今天,塑料的年产量依然逐年增加,并且限塑已然成为新的商机，严重污染了环境，所以，开发出既能生物体内降解又能在生物体外降解的生物材料成为了亟待解决的重要项目之一。PLA并不像石油资源一样，是不可再生的，PLA大量存在于粮食作物玉米中，所以PLA的生产来源非常广泛。所以，作为石化产品的替代品，PLA很大程度上解决了世界能源消耗的难题，同时，因为PLA这种纯绿色生物材料的开发和应用，一定程度上也缓解了世界环境污染的难题，因为PLA可天然降解，所以减少了石化产品生产和使用过程中产生的可对环境产生污染的废弃物的排放，取而代之的是PLA降解过程中分解为的二氧化碳和水，对环境保护做出了非常大的贡献。目前，PLA的开发和应用已经发展到了一个全新的高度，伴随着产业化进程，PLA已成为替代传统基塑料的主要新型材料。PLA有乳酸为原料合成生产的，生物相容性，可塑性和机械性能突出，应用广泛。其结构为：

图1-2 聚乳酸结构式

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