摘 要

海藻酸钠是一种天然链状高分子，含有羧基，与钙离子接触时会发生交联，形成网状结构的水凝胶。海藻酸钠水凝胶本身不溶于水，但可以在水中溶胀，具有良好的吸水性。海藻酸钠可制备水凝胶，包埋药物于体内缓释，在医疗领域已有广泛应用，但海藻酸钠单组分凝胶存在抗菌性不足的问题，本课题引入壳聚糖衍生物作为抗菌组分，制备海藻酸钠/壳聚糖季铵盐双组份水凝胶，在保证水凝胶原有性能的同时，大大改善其抗菌性能，在医疗、食品保鲜领域应用前景广阔。本论文通过扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪分析了其微观结构，结果表明成功制备海藻酸钠/壳聚糖季铵盐抗菌水凝胶。通过在不同pH下溶胀研究其溶胀性能，并通过S菌、E菌抗菌实验研究其抗菌性能。

关键词：海藻酸钠；壳聚糖季铵盐；水凝胶；抗菌性能

Abstract

Sodium alginate is a natural chain polymer containing carboxyl. Crosslinking happens when contacted with calcium ion,then the reticular structure of the hydrogel can be formed. Sodium alginate hydrogel itself does not dissolve in water， but can be swelling in water， and has a good water imbibition. Sodium alginate can be made into microspheres， with drug embeded and then released slowly in the body, which has been widely used in the medical field.But the single-component sodium alginate gel has the problem of insufficient antimicrobial properties， this paper introduces chitosan and its derivatives as antibacterial components to prepare two-component water gel of sodium alginate/chitosan quaternary ammonium salt， improving its antibacterial properties with its basic properties remained. Application prospect in the field of medical treatment and food preservation can be more capacious. This design analyzes the micro and macro structures of sodium alginate/chitosan quaternary ammonium salt gel with the scanning electron microscope (sem) and Fourier transform infrared spectrometer, successfully proving the preparation of sodium alginate/chitosan quaternary ammonium salt antibacterial hydrogel. The swelling properties were studied under different pH, and its antibacterial properties were studied by S bacteria and E bacteria.

Key Words: Sodium alginate; chitosan; hydrogel; antibacterial property

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 海藻酸钠水凝胶的研究现状 1

1.1.1 海藻酸钠 1

1.1.2 水凝胶 1

1.1.3 海藻酸钠水凝胶的应用现状 3

1.2 壳聚糖及其衍生物 4

1.2.1 壳聚糖 4

1.2.2 壳聚糖季铵盐 6

1.3 课题研究内容、目的和意义 7

1.3.1 课题研究目的和意义 7

1.3.2 课题研究内容及方法 7

第2章 实验部分 8

2.1 实验材料与仪器 8

2.1.1 实验材料 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的制备 8

2.2.1 海藻酸钠水凝胶的制备 8

2.2.2 壳聚糖季铵盐的制备 9

2.2.2 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的制备 9

2.3 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的表征 9

2.3.1 红外光谱表征 9

2.3.2 扫描电子显微镜表征 10

2.4 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的性能测试 10

2.4.1 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的溶胀性能测试 10

2.4.2 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的抗菌性能测试 10

第3章 结果与讨论 12

3.1 产品照片 12

3.2 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的表征分析 12

3.2.1 红外光谱分析 12

3.2.2 扫描电镜分析 13

3.3 工艺参数对海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶溶胀性能的影响 14

3.3.1 海藻酸钠浓度的影响 14

3.3.2壳聚糖季铵盐浓度的影响 14

3.3.3 交联剂浓度的影响 15

3.4 海藻酸钠/壳聚糖季铵盐水凝胶的抗菌性能分析 16

3.4.1 海藻酸钠浓度的影响 16

3.4.2 壳聚糖季铵盐浓度的影响 17

3.4.3 交联剂浓度的影响 18

第4章 结论 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 海藻酸钠水凝胶的研究现状

1.1.1 海藻酸钠

海藻酸钠，具有线性大支链分子结构，是从海藻等植物中提取得到的一种天然高分子，其物理性状通常为淡黄色粉末，也可制得白色产品，无特殊气味或味道，具有优良的生物相容性。海藻酸钠无特殊气味，可以在水中常量溶解，溶解后得到高粘度淡黄色透明特体。海藻酸钠水溶液呈现偏弱酸性质，在乙醇等有机溶剂和酸性条件下不溶解。

海藻酸钠溶液具有非常高的粘度，因此具有优良的增稠性，同时其溶解性能优良，可以在蒸馏水中常量溶解，因此具有良好的溶解性。此外，海藻酸钠还具有优越的成膜能力，在交联剂作用下可以发生自我交联，可以制得性能优越的凝胶和薄膜。这些优良的性能使海藻酸钠在食品工业如食品添加剂及果蔬保鲜、医疗卫生如伤口敷料及药物缓释、日用化工如化妆品等领域均有广泛应用^[1]。自工业化生产应用以来，海藻酸钠在食品工业领域内的应用不断被发掘，得到新的突破。海藻酸钠作为纯天然高分子，拥有人造材料所无法比拟的良好生物相容性，可以在人体内经酶的作用自动降解，再经人体代谢循环排出体外，因此是一种非常安全的食品添加剂^[2]。同时海藻酸钠可作为制作仿生食品的原料，制作性能优越、口感优良、还原度高的各种人造食品。此外海藻酸钠作为多糖类高分子，可以作为糖类被人体吸收，从而减少人体对脂肪糖的吸收，能够有效预防糖尿病、高血压等现代病^[3]。

1.1.2 水凝胶

水凝胶是一种与固体、液体、气体均不同的分散体系，具有与三相物质均不同的力学性能。水凝胶具有固体的外观与性状，却可以在水中吸水溶胀，溶胀之后性状类似粘稠液体，拥有柔软的质地，但不同于液体的是，水凝胶在水中并不能完全溶解，作为三维网络体系，水凝胶仍然是一个整体，保留着固体的部分特性。水凝胶的分散介质通常为蒸馏水，在偏酸、偏碱性或中性下均可或多或少地溶胀。但当溶液含盐时，水凝胶的吸水性能大大受限，因为在其内部，高分子链之间相互交联，形成网状交联结构，大分子支链骨架只占体积的很小一部分，骨架之间存在大量空间及空隙，可以容纳其骨架数十倍甚至数百倍的水。但仅有支链骨架并不足以使其具备高吸水能力，还需在骨架上引入亲水基团，使其在网状内部可以保留一部分水，同时引入大量疏水基团，这样这些交联在网状结构内部的疏水基团会与水相互排斥，相互远离，使水凝胶膨胀展开，体现出优良的溶胀性能。而水凝胶的溶胀能力与分散相的离子浓度有关，因此当盐溶液浓度过高时水凝胶溶胀性能往往不佳^[3]。

水凝胶不仅可以高倍数吸水，同时还具有高倍数保水的能力，兼具固相和液相两者的优点。更重要的是，水凝胶还可具有优良的力学性能，高强度、高弹度及高伸缩度使水凝胶应用领域广泛，在医疗卫生如药物缓释及伤口敷料、日用品如化妆品、农业如抗旱薄膜、等众多领域内均有开创性的应用^[4]。近年来在医疗卫生领域的应用尤为引人注目。在伤口敷料及愈合应用中，常规材料往往存在许多问题，如透气性差，不利于伤口氧气的传输、体液易流失、环境潮湿致使细菌滋生等等。而水凝胶的应用，可以解决大部分此类问题。低毒甚至无毒的水凝胶可以直接与伤口接触，人体组织不会暴露于空气中，因此可以有效防止微生物及细菌对伤口的感染。同时不同于固体敷料的是，水凝胶内部为网状结构，存在大量孔道，在防止细菌感染的同时不会影响氧气的输送。水凝胶的高保水性可以抑制体液的流失，保持环境的润湿^[5]。