新型海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的制备与性能研究开题报告
2021-03-21 00:32:40
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着人民生活水平的提高，对有关生命的科学越来越重视。人口和健康已成为当前医学领域的两大主要研究课题。与人类健康息息相关的生物材料学也就体现出它的重要性。
生物材料又称生物医用材料，是指以医疗为目的，用于与生物组织接触以形成功能答无生命材料。生物材料科学主要研究生物材料的设计、合成、修饰、结构、物理和化学性能、材料与生物体组织之间的关系、材料的成型加工及其在医学、药学和生物技术及应用中的应用，是涉及面极广的高科技领域。随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，以及巨大的临床需求拉动，生物材料已成为各国科学家研究的热点，生物材料产业也在世界范围内迅猛发展，成为各国经济的一项支柱性产业。
生物医用材料大致包括生物医药高分子材料、生物医用陶瓷材料、金属制品材料以及复合生物材料。生物医药高分子材料是生物医学领域中使用最早、发展最广、需求量最大的医用材料。水凝胶是一种能在水中溶胀，并能保持独特的三维立体结构的聚合物材料。由于水凝胶材料具有高水分含量和弹性，并具有与人体组织结构相似的物理特性和优异的组织相容性，水凝胶已成为热门的人体生物材料，被广泛用作隐形眼镜、组织工程支架、药物缓释工具、伤口敷料和角膜移植。
2. 研究的基本内容与方案
水凝胶一般具有亲水性，能溶胀但不溶解，因此被广泛的应用，例如用于药物载体、伤口敷料、组织工程等领域。但在实际使用过程中，部分水凝胶力学性能不足，可通过与其它材料复合以增强其力学性能。
论文主要内容:
（1）.改性海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的制备；
（2）.改性海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的结构表征；
（3）.改性海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的性能测试；
（4）.不同工艺条件对改性海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶性能的影响。
研究目标:
本课题的研究目的在于以海藻酸钠和聚乙烯醇为原料，通过双重交联制备具有特定微观结构的水凝胶。研究水凝胶的溶胀和力学等性能，以及原料复合比、交联剂用量及交联反应时间等工艺参数与水凝胶的溶胀和力学性能之间的构效关系，得到最佳制备工艺。该课题有望提升同类水凝胶的力学等性能，从而满足实际应用需要。
拟采用的技术方案及措施：
(1).海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的制备
表1 海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶制备工艺参数表
| 组分 | SA浓度 （W/V，%） | CaCO3（与SA的摩尔比） | 复合比（%） | 冻融次数 |
| A1 | 1 | 0.6 | 50 | 3 |
| A2 | 2 | 0.6 | 50 | 3 |
| A3 | 3 | 0.6 | 50 | 3 |
| A4 | 4 | 0.6 | 50 | 3 |
| A5 | 5 | 0.6 | 50 | 3 |
| A6 | 6 | 0.6 | 50 | 3 |
| B1 | 3 | 0.2 | 50 | 3 |
| B2 | 3 | 0.4 | 50 | 3 |
| B3 | 3 | 0.6 | 50 | 3 |
| B4 | 3 | 0.8 | 50 | 3 |
| B5 | 3 | 1.0 | 50 | 3 |
| B6 | 3 | 1.2 | 50 | 3 |
| C1 | 3 | 0.6 | 0 | 3 |
| C2 | 3 | 0.6 | 25 | 3 |
| C3 | 3 | 0.6 | 50 | 3 |
| C4 | 3 | 0.6 | 75 | 3 |
| C5 | 3 | 0.6 | 100 | 3 |
| D1 | 3 | 0.6 | 50 | 1 |
| D2 | 3 | 0.6 | 50 | 2 |
| D3 | 3 | 0.6 | 50 | 3 |
| D4 | 3 | 0.6 | 50 | 4 |
| D5 | 3 | 0.6 | 50 | 5 |
| D6 | 3 | 0.6 | 50 | 6 |
称取适量的SA，量取20ml蒸馏水，先后加入50ml烧杯中搅拌溶解。半个小时后开始加热，90℃时加入适量的PVA,恒温90℃约1hr。PVA、SA完全溶解成混合液，即形成相应复合比的SA/PVA混合液。
关掉加热，在搅拌条件下加入相应质量的CaCO3，混合均匀，加入相对应量的GDL，搅拌大约10min后，水浴60℃保温2hr，进行SA的化学交联。2hr后将烧杯内的凝胶转移到塑料杯里，于冰箱冷冻22hr，进行PVA的物理交联。在25℃下解冻2hr，即制备出相应复合比的新型SA/PVA水凝胶。
SA是通过Ca2 来形成交联网络结构，其示意图如下：
PVA分子间作用力示意图：
按上述方法制备的SA/PVA复合水凝胶中，SA靠Ca2 ,PVA分间靠H-、微晶作用力，并且复合分子间还会相互交叉，共同老形成凝胶的网络结构。 当SA中的Na 被Ca2 取代后，只剩下羟基（-OH），与PVA中的活性基团（-OH）相同，有利于复合水凝胶的化学稳定性。
（2）.海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的表征
#129;复合凝胶的红外表征（FTIR）
将SA和聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶磨成粉并用KBr压片法制样。将少许的聚乙烯醇溶于甲醇，滴加几滴在KBr薄片上，红外灯烘干，采用傅里叶变换红外光谱仪测定原料和产物的红外光谱，测定波段范围在400cm-1-4000cm-1之间。
#8218;复合凝胶的形貌表征（SEM）
采用三种工艺，即先交联SA后交联PVA、SA和PVA同时交联、先交联PVA后交联SA，制备出三种工艺的水凝胶。
将溶胀好的水凝胶样品进行冷冻干燥，取出干燥好的水凝胶切片制样，处理过后，采用扫面电镜观察这三种工艺制备的水凝胶内部形貌结构。
#402;复合凝胶的综合热分析（DSC实验）
分别称取三种工艺制备的PVA/SA干凝胶12.38mg，采用 5℃/min的升温速率，50ml/min的N2速率，进行差示扫描量热实验。
(3).海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶的性能测试
#129;复合凝胶的溶胀性能测试
将一定质量的干凝胶分别浸泡在pH=1.0的盐酸缓冲溶液和pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液中。每隔一定时间取出样品，，并用滤纸吸干凝胶表面的水分，对其称重、记录它质量。并按凝胶溶胀度（SR）定义计算水凝胶的溶胀倍率：
SR=（Wt-W）/W
其中,Wt为t时刻的水凝胶湿重（g）,W为干燥的水凝胶初始质量（g）.
#8218;复合凝胶的力学性能测试
将水凝胶切成直径为10mm，厚度为7mm的圆柱体，用万能材料试验机进行压缩试验，压缩速度为5mm/min。每个试样进行3次平行实验，取平均值。
3. 研究计划与安排
第1-2周：查阅相关文献，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；
第3-10周：进实验室完成所需的研究内容；
第11-13周：结果的分析和讨论，撰写毕业论文；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 汪程, 汪令伟, 史晓宇, 等. 海藻酸钠壳聚糖微球作为药物载体的研究进展[j]. 现代生物医学发展, 2014, 14(16): 3174-3176.
[2] 海藻酸钠微球的制备及其在药物载体中的应用进展[j]. 中华中医药杂志, 2011, 26(8): 1791-1794.
[3] takka s, gurel a. evaluation of chitosan/alginate beads using experimental design: formulation and in vitro characterization. aaps pharmscitech, 2010, 11(1): 460-466.
