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摘 要

γ-PGA水凝胶是一种具有化学易修饰性、生物安全性、生物降解性、高吸水性及pH 敏感性的高分子材料。近几年来，于医药、农业、食品、化妆品、及环境处理等领域应用广泛。

化学交联制备γ-PGA水凝胶之法更加地简捷方便。因此本篇以γ-PGA为原料，乙二醇二缩水甘油醚为交联剂，于酸性条件下反应生成γ-PGA水凝胶。探究γ-PGA浓度、交联剂用量、交联时间及交联温度对凝胶吸水性能之影响。研究表明，γ-PGA浓度为12%，交联剂用量为γ-PGA用量的17%，反应温度为60℃，反应时长在44h左右得到的凝胶吸水率最佳，最佳条件下得到的γ-PGA水凝胶的吸水率为92g/g。

关键词：γ-PGA 水凝胶 高吸水性 乙二醇二缩水甘油醚

Preparation and characterization of γ-poly(glutamic acid) copolymer with glycol diglycidyl ether

Abstract

γ-PGA hydrogel is a polymer material with pH sensitivity, high water absorption, biodegradability,biocompatibility and chemical modification.Now,it has a extensive application in the domains of biomedicine,agriculture, food, comestics, environment treatment, etc.

It is more easier to make γ-PGA hydrogel by chemical crosslinking under acidic conditions.In this paper,γ-PGA hydrogel was prepared withγ-PGA and ethylene glycol diglycidyl ether as crosslinking agent.We were aimed to study the relationship between water absorption rate of γ-PGA and the parameter of making it in experiment，such as concentration of γ-PGA,amount of crosslinking agent, crosslinking time and temperature.Results of the experiment show when the γ-PGA concentration is 12%,the ratio of weight of chemical crosslinking to γ-PGA is 17%,the temperature is 60℃ and the time is 44h,we can get hydrogel with the highest water absorption,which could absorb 92 times water of its weight.

Key words: γ-polyglutamic acid;hydrogel;high water absorption;ethylene glycol diglycidyl ether

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2γ-PGA水凝胶的概述 1

1.3γ-PGA水凝胶的应用 2

1.3.1医药领域 2

1.3.2食品领域 3

1.3.3美妆领域 3

1.3.4农业领域 4

1.3.5组织工程领域 4

1.3.6环境处理领域 4

1.4γ-PGA水凝胶的合成方法^[20] 5

1.4.1物理交联 5

1.4.2酶法交联 5

1.4.3化学交联 5

1.5研究目的、途径及其意义 7

第二章 实验部分 8

2.1γ-PGA高吸水性水凝胶的制备^[21-22] 8

2.1.2实验试剂 8

2.1.2实验原理 8

2.1.2实验仪器 8

2.1.3实验过程 9

2.2γ-PGA水凝胶收率及吸水率测定 9

2.2.1测定方式 9

2.2.2测定仪器 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1γ-PGA浓度对水凝胶收率之影响 10

3.2γ-PGA浓度对γ-PGA的水凝胶吸水性能之影响 10

3.3交联剂用量对γ-PGA的水凝胶吸水性能之影响 12

3.4交联时间对γ-PGA的水凝胶吸水性能之影响 13

3.5交联温度对γ-PGA水凝胶吸水性能之影响 13

第四章 结论与展望 14

4.1结论 14

4.2展望 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 文献综述

1.1研究背景

高吸水性水凝胶自问世以来，发展迅速，短短三十几年间，世界总产量已突破百万吨。而我国人口基数大，对高吸水性水凝胶的需求更加迫切。

高吸水性水凝胶一般是由亲水性基团，包括氨基、羧基、羟基等，在交联剂的作用下经由氢键、共价键及范德华力经交联作用形成的有三维网状结构的高分子材料。该材料遇水后可吸湿溶胀，吸收比自身重量高达千百倍的水，并将其储存在网状的聚合物之间。目前，制备高吸水性水凝胶的单体大都是石油降解产生的副产物——丙烯酸，因其无法降解，长此以往，会对环境造成污染^[1]。

γ-PGA的衍生物γ-PGA高吸水性水凝胶不仅吸附能力强，且具有可生物降解性，对环境友好，极具开发价值，将是传统不可降解水凝胶强而有力的代替品。它在医药、农业食品、化妆品、组织工程及环境处理等领域均显现出广泛的应用前景^[1]。

1.2γ-PGA水凝胶的概述

γ-PGA（如图1-1所示）是一种可经杆菌发酵制备而来的均聚氨基酸，由谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基脱水缩合形成的酰胺键连接而成，是阴离子，相对分子量在10⁵-10⁶之间，有很强的吸水性^[2]。

图1-1 γ-PGA的结构式

水凝胶指能够吸湿溶胀并留住水分的三维网状聚合物，多由亲水性的基团通过氢键、共价键、范德华力等作用力交联而成。水凝胶根据其来源的不同，可分为天然水凝胶与合成水凝胶两大类。天然水凝胶有着力学强度弱、性能重复性差的缺陷，应用范围窄，而合成水凝胶之结构与性能能够根据需求进行调控，能够弥补天然水凝胶的缺憾，应用范围广^[2-4]。

γ-PGA（γ-Polyglutamic acid）水凝胶是γ-PGA经交联形成的一种具有网状结构的高聚物。γ-PGA是由谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基缩合成的酰胺键连接而成，因谷氨酸分子上存在两个羧基，所以其均聚物存在同分异构体α-PGA和γ-PGA,（如图1-2所示）。目前为止的研究成果表明，由生物合成制备而来的聚谷氨酸多为γ-PGA，由化学合成制备而来的聚谷氨酸多为α-PGA。由于γ-PGA分子的侧链上含有大量的羧基，所以经由交联作用制备而成的水凝胶具备超高的吸水性。实验研究表明，生物合成制备的γ-PGA水凝胶，其最高吸水率可达其自身重量之5000倍^[5]。

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