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摘 要

本文从实验的角度出发，以透明质酸（HA）和聚谷氨酸（γ-PGA）为原材料合成了γ-PGA-HA水凝胶，并研究了γ-PGA-HA水凝胶的性质（包括成胶化时间和溶胀比）就有关水凝胶的分类、各类合成方法、各种合成材料现状和研究进展作了综述和说明。

在现有众多的水凝胶合成方法中，本实验基于希夫碱反应（Schiff Reaction），选择以HA和γ-PGA为原材料，即分别对HA和γ-PGA进行氧化和酰胺化改性，然后再进一步合成γ-PGA-HA水凝胶；并分析了两种原材料相对于其他合成方法和材料所具备的优点。实验表明HA的氧化度、γ-PGA的被取代程度、固体含量、-NH₂/-CHO的摩尔比对成胶时间、溶胀率有很大的影响。与其他水凝胶相比，γ-PGA-HA水凝胶生物兼容性高，因而有较为突出的应用前景，在化妆品、临床医学等领域都有较多应用。

关键词:：水凝胶 聚谷氨酸 透明质酸 希夫碱反应 凝胶化时间 溶胀比

THE PREPARATION OF γ-PGA-HA HYDROHELS VIA SCHIFF BASE REACITON

ABSTRACT

From the perspective of experiment, the latest achievements in hydrogels based on γ-polyglutamic acid and hyaluronic acid and their characteristics including gelation time and swelling ratio) were reviewed and discussed. At the same time, the classification, the diversified synthetic methods, the status and development of assorted hydrogel materials were also illustrated and demonstrated.

A new approach was developed for the preparation of γ-polyglutamic acid and hyaluronic acid hydrogel, which was based on Schiff Base Reaction. The original materials were composed of HA and γ-PGA, namely through the crossed-link of hydrazide-modified γ-PGA and oxide-modified HA, thus contributing to γ-PGA-HA hydrogel. The merits of the synthetic strategy and materials were exposed and explored in the article precisely. Experiments reveal that the modification of γ-PGA, the oxidation degree of HA, the solid content of the hydrogels and -NH₂/-CHO molar ratio had a great effect on gelation time and swelling ratio. Compared with other sorts of hydrogels, γ-PGA-HA hydrogel exhibits high biocompatibility, thus resulting in the promising application, including the fields of cosmetics, clinical medicine and excessive fields.

Keywords: Hydrogels; γ-polyglutamic acid; Hyaluronic acid; Schiff Base Reaction; Gelation time; Swelling ratio

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1水凝胶的定义及特点 1

1.1.1 水凝胶的定义 1

1.1.2水凝胶的特点 1

1.2水凝胶的种类 2

1.3水凝胶制备/交联方法 3

1.3.1 各类交联方法 3

1.3.2 Schiff Base反应 5

1.4水凝胶的应用 5

1.5国内外研究现状 7

第二章 γ-PGA-HA水凝胶的制备 10

2.1实验药品 10

2.2 实验过程 10

2.2.1 γ-PGA酰胺化改性 10

2.2.2 HA氧化改性 11

2.2.3 γ-PGA-HA水凝胶合成 11

第三章 各聚合物的表征 13

3.1 γ-PGA-ADH的合成和表征 13

3.2 HA-CHO的合成和表征 15

3.3 γ-PGA-HA和合成和表征 16

第四章 γ-PGA-HA水凝胶的性质 17

4.1 凝胶化时间 17

4.1.1 γ-PGA被取代程度对成胶时间的影响 17

4.1.2 HA氧化度对成胶时间的影响 17

4.1.3 固体含量对成胶时间的影响 17

4.1.4 -NH₂/-CHO摩尔比对成胶时间的影响 18

4.2 溶胀率 18

4.2.1 γ-PGA被取代程度对溶胀率的影响 19

4.2.2 HA氧化度对溶胀率的影响 19

4.2.3 固体含量对溶胀率的影响 19

4.2.4 -NH₂/-CHO摩尔比对溶胀率的影响 19

第五章 结果与讨论 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1水凝胶的定义及特点

1.1.1 水凝胶的定义

凝胶体系是一种分子网络结构[1]。其特性取决于其内部的凝胶分子和溶剂分子之间的相互作用；同时，分子内部官能团属性也会影响凝胶的性质。一直以来，科学家们对水凝胶的定义多种多样。其中，关于其定义最常见的说法是：水凝胶是一种通过一种或多种单体的简单反应产生的水溶胀性的多聚物交联弹性体[2]；近年来，水凝胶被定义为是一种具有三维结构的大分子聚合物，它是聚合物网状结构包裹溶剂（如：水等）形成的产物，水凝胶分子发生溶胀，因而随着含水量的增加，水凝胶的分子量会相应地增加。近50年来，由于水凝胶在众多领域有着较好的应用前景，因此水凝胶受到学者们的广泛关注。

1.1.2水凝胶的特点

由于凝胶分子上的特殊结构-----侧链存有亲水基，所以水凝胶有强吸水性，溶剂水分子可进入凝胶网孔结构，以氢键等作用力结合在水凝胶分子上，使凝胶发生吸水溶胀。同时，呈网状的各分子链之间的交联网络又使水凝胶不溶于水。许多天然或合成的水凝胶均具有这两种特性。

理想的水凝胶具有如下特性：

1. 达到最大平衡溶胀比时，在盐水中具有最大吸水能力；
2. 吸收速率随应用要求改变；
3. 负载AUL下有最高吸收率；
4. 有最低可溶物含量和残留单体；
5. 价格最低；
6. 在膨胀环境和储存期间下，耐久性和稳定性最高；
7. 生物降解性达到最高，降解后没有有毒物质产生；
8. 在水中溶胀后的pH呈中性；
9. 无色，无臭，绝对无毒；
10. 具有光稳定性；
11. 再湿能力：能够回收和维持已吸收的溶液。

1.2水凝胶的种类

根据水凝胶由来、大分子构成成分、晶体形态、制备方法、带电状态、交联点性质等类别可以将水凝胶进行如下分类。具体如下：

1. 根据来源分：
2. 自然水凝胶：包括胶原、胶质、多糖类化合物（SA、淀粉、琼脂糖、DEX、ALG，HA）等。
3. 合成水凝胶：是通过化学交联手段制备得到的水凝胶[3]。如：聚酯，聚磷腈和聚乙二醇PEG。

1954年，Lim和Wichterle首次制备出合成水凝胶。在过去的20年中，天然水凝胶已逐渐被合成水凝胶所取代。与自然水凝胶相比，合成水凝胶不仅对生物病原体传播风险小，而且使用周期更长，有较高的吸水性和强度，并且耐久性强；同时，合成水凝胶结构完好，具有可降解性和其他功能性、物理性质（如拉伸强度，弹性模量[4]）较自然水凝胶好 ；可以由纯净的合成组份制备；在温度波动较大的环境下仍能稳定存在；其结构可进行裁剪和修饰。但合成水凝胶生物相容性低，会产生毒副产品；同时，合成水凝胶较高的力学强度导致该水凝胶降解速率缓慢。相反，相较于合成水凝胶，天然水凝胶在降解性和毒副作用等方面表现出其特有的优势，生物相容性较高。但是，自然水凝胶机械性能弱，降解速率极快，难以控制。

1. 根据聚合物组成分:
2. 均聚水凝胶：

是指仅由一种单体在反应体系中发生聚合反应形成的大分子网络。合成的水凝胶的结构或性质取决于单体结构性质和聚合条件。均聚水凝胶的结构单元为一种单体。

1. 共聚水凝胶：

区别于均聚水凝胶，共聚水凝胶是由一种含亲水基的单体和其他单体通过重组作用和构型异变，进一步合成三维网状结构。

1. 多组分互穿聚合物水凝胶（IPN水凝胶）：

聚合物大分子体系中，两种或至少有一种已交联的天然或合成聚合物组分互相环绕而成的网络结构。由于交联成分的不同，该分类下水凝胶有IPN水凝胶和半IPN水凝胶之分。

1. 根据构型分：
2. 非晶型水凝胶（无定形水凝胶）；
3. 半晶型水凝胶（晶型和非晶型的混合物）；
4. 晶型水凝胶。
5. 根据交联点性质分：

各种水凝胶交联点呈现出的特性不同，如：稳定性等，可以将水凝胶分为以下两大类：物理凝胶和化学凝胶。其中，两交联类型的凝胶交联点稳定性差异明显。物理交联合成的水凝胶在反应过程中有很大的不稳定性和可逆性，这是由于该交联点是通过范德华力、离子键作用、疏水作用等非化学作用力等对大分子进行交联。

1. 根据带电性质分：
2. 非离子型（即电中性）；
3. 离子型：阳离子型和阴离子型；
4. 两性电解质；
5. 两性离子水凝胶。

1.3水凝胶制备/交联方法

显然想要制备理想的、涵盖所有优秀性能的水凝胶是不可能的。近年来，科学家们将自然水凝胶和合成水凝胶二者的优势相结合，一直不断探索通过化学改性的方法来制备水凝胶。因此，选择合适的交联方法就显得至关重要了。

1.3.1 各类交联方法

水凝胶的制备通常通过在含亲水基的单体体系中引入含其他活性基团的交联剂，从而使大分子进行交联。天然和合成的水溶性线性聚合物形成水凝胶有如下几种交联方法：自组装、氢键作用、π-π堆积作用、金属或离子键作用、二硫化反应、疏水作用、硫醇/丙烯酸酯迈克尔反应、希夫碱反应、酶促反应、和主客体作用等。水凝胶的各类合成方法对应于其水凝胶的分类，各自优缺点如下：

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