改性纤维素交联胶原蛋白水凝胶的研究开题报告
2020-05-01 08:50:01
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 研究背景及其意义
纤维素是一种大分子多糖，其为无色、无味的纤维状结构物质，它是由 β - d -吡喃葡萄糖基彼此以 1，4 - β -苷键联接而成的线性高分子，其分子链中每个葡萄糖单元上有 3 个活泼羟基，分别位于 c2、c3、c6 位置上，可以进行一系列反应，包括氧化羟基成羧基的反应、羟基的酯化反应、醚化反应和接枝共聚反应。纤维素作为自然界中含量最丰富的天然高分子，已被广泛用于各个行业和领域，因其具有良好的生物相容性，所以也长期应用于生物材料领域。但是，由于人体内没有降解纤维素的酶，这就导致纤维素在体内不能被降解，限制了纤维素作为可降解植入生物材料的应用。为了让纤维素能在水和一般有机溶剂中溶解，并具有好的热可塑性，常对其进行化学改性，改变纤维素的结构特性，使其有利于加工成型。
改性纤维素主要是指纤维素分子链中的羟基与化合物发生酯化或醚化反应后的生成物，包括纤维素醚类，纤维素酯类以及酯醚混合衍生类。近几年来，由于改性纤维素接枝共聚可以使纤维素固有的优点不被破坏的同时赋予其新的功能，所以大量科研工作者投入到了对改性纤维素接枝共聚物的研究。在日用精细化工等许多工业部门，纤维素改性产品集齐接枝共聚物已成为不可缺少的添加剂。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 研究（设计)的基本内容
研究羟乙基纤维素的氧化条件，并将氧化后的羟乙基纤维素与壳聚糖等生物材料进行交联，制备水凝胶。筛选出合适的水凝胶成型工艺，并对水凝胶进行表征。
2.2 研究（设计）的目标
完成改性羟乙基纤维素交联壳聚糖凝胶的制备和表征，筛选出合适的水凝胶成型工艺条件，并进行相关的表征。
2.3 拟采用的技术方案及措施
2.3.1 羟乙基纤维素氧化条件筛选
羟乙基纤维素纤维分子中 2 位和 3 位仲羟基的氧化主要是通过高碘酸及其盐实现，最终 2 位和 3 位间的碳碳键断裂，制备得到二醛纤维素。高碘酸及其盐氧化羟乙基纤维素的机理为高碘酸根进攻羟乙基纤维素分子中葡萄糖结构单元中 2 位和 3 位的邻位羟基，形成平面的环酯，最后转变为醛基。
该反应的原理如图1所示:
图1 高碘酸钠氧化羟乙基纤维素的机理
根据相关文献，了解到影响氧化羟乙基纤维素醛基含量的主要因素有：反应温度、羟乙基纤维素与 NaIO4 投料比（以下简称投料比）、 pH 值及反应时间，正交实验时选用四因素三水平，如表l。
表1 因素及水平表
|
水平 | 因素 | |||
| 温度/摄氏度（℃） | 投料比 | pH 值 | 反应时间/分钟（min） | |
| A | B | C | D | |
| 1 | 25 | 4:1 | 3 | 20 |
| 2 | 30 | 6:1 | 4 | 50 |
| 3 | 35 | 8:1 | 5 | 80 |
实验安排表如表 2。
表2 实验安排表
|
| A | B | C | D |
| 实验1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 实验2 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| 实验3 | 1 | 3 | 3 | 3 |
| 实验4 | 2 | 1 | 2 | 3 |
| 实验5 | 2 | 2 | 3 | 1 |
| 实验6 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| 实验7 | 3 | 1 | 3 | 2 |
| 实验8 | 3 | 2 | 1 | 3 |
| 实验9 | 3 | 3 | 2 | 1 |
利用红外光谱可以定性证实醛基的存在，羟乙基纤维素选择性氧化后，会出现两个特征吸收峰，即 1730cm-1处的 C = O 伸缩振动吸收峰和 887 cm-1 处的半缩醛特征吸收峰。此外，可采用盐酸羟胺法、紫外分光光度计法、氮含量转换法、羧基含量转换法等对醛基含量进行定量测定。
2.3.2改性纤维素交联壳聚糖水凝胶的制备
1）单因素试验
本实验选取对交联壳聚糖水凝胶制备影响较大的 4 个因素即温度， pH ，凝胶时间，用料比作为考察对象进行单因素实验，以水凝胶的力学性能为评价指标进行优化筛选。
2）验证实验
以筛选出的最优化条件制备水凝胶，重复 3 次，测定水凝胶的力学性能。
3）制备改性纤维素交联壳聚糖水凝胶
（1）称取一定质量的双醛基纤维素和壳聚糖，分别将双醛基纤维素和壳聚糖加入到100 ml 三口烧瓶中，加入一定质量的去离子水，溶解 3 - 4 min 至溶液无浑浊，将两溶液混合；
（2）通入 N2 30 min 后，在 85 ℃搅拌条件下，将一定质量的预先溶解在 5 ml 去离子水中的过硫酸铵（APS）和 N ， N’ -亚甲基双丙烯酰胺（ MBA ）溶液先后加入双醛基纤维素和壳聚糖混合溶液中，间隔 10 - 15 min，反应 45 min 后，冷却至室温，将得到的粗产物转移至 500 ml 烧杯中，加入 200 ml 无水乙醇浸泡 12 小时（ h ），倒出乙醇；
（3）为更好的去除产物中的水，再加入 200 ml 无水乙醇重复操作 1 次，将固体放到烘箱中在 55 ℃ 下烘干至恒重。
（4）用自封袋密封好后，置于干燥器中，备用。
2.3.3 水凝胶表征
（1）凝胶 pH ：用 pH 仪测定水凝胶的 pH 值。
（2）热重( TG / DTG )分析：称取 10 - 15 mg 的水凝胶样品，在 TGAQ 500 上进行热重分析，N2 流量 25 ml / min，温度 20 ℃ - 600 ℃，升温速率 10 ℃ / min。
（3） X -射线衍射分析( XRD )：将冷冻干燥后的水凝胶用研钵研磨成粉末后，在D8 Advance 型 X -射线衍射仪上对其进行分析。实验条件：铜靶，入射线波长0.15 nm，镍（Ni）滤波片，管压 40 KV，管流 40 mA，狭缝 DS 0.5° RS 8 mm，步长0.02°。
（4）形貌分析( SEM )：将达到润胀平衡之后的水凝胶冷冻干燥之后，在水凝胶的表面进行喷金，用日立 S - 4300 型扫描电子显微镜在 10 kV 加速电压下观察其表面形态。
3. 研究计划与安排
第 1 － 2 周：查阅相关文献资料，明确研究内容，拟定试验条件。确定方案，完成开题报告。
第 3 － 11 周：改性纤维素交联壳聚糖水凝胶的制备与表征。
第 12 周：实验现象分析及实验数据处理。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 徐寿昌.有机化学( 第二版)［m］.北京: 高等教育出版社，1993：447．
[2] 赵言腾.羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合生物材料的制备、评价及其应用研究［j］.国家自然科学，r:318.08.
[3] 王金霞，刘温霞.纤维素的化学改性［j］.纸和造纸，2011：1001-6309.
