摘 要

在本世纪，环境友好和可持续已成为了发展的关键词。开发可再生的天然高分子资源具有重要的意义。而纤维素作为自然界最为充足的天然高分子资源，目前尚未得到有效且充分的开发。本文的目的是获得一条可以有效利用纤维素的途径，使其能够更好地应用在生物医用材料领域。本文利用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)催化氧化方法制备纤维素纳米纤维水相分散液，氯化钙作为交联剂制备纤维素纳米纤维水凝胶。

通过一系列表征表明该工作制成的纳米纤维素水凝胶具有多孔结构，孔尺寸在50微米左右，有利于细胞的生长和迁移，同时具有良好的抗压性和优良的生物相容性。该纳米纤维素凝胶在生物医用领域具有广阔的应用前景，从而为纤维素的应用开拓了一条新途径。

关键词：TEMPO催化氧化；纤维素纳米纤维；水凝胶；生物材料

Abstract

In this century, environment-friendly and sustainable process has become a key word for development. Thus the development of renewable natural polymer resources is of great significance. Cellulose is the most abundant natural polymer resources. However, it has not yet been effectively and fully utilized. The purpose of this paper is to obtain a way to make efficient use of cellulose, so that it can be better applied in the field of biomedical materials. In this paper, cellulose nanofiber aqueous dispersion was prepared by using 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1

-oxyl (TEMPO) catalytic oxidation method, and then calcium chloride was used as crosslinking agent to prepare cellulose nanofibril hydrogel.

The cellulose nanofibril hydrogel made in this work exhibited a porous structure with a pore size of about 50 μm, which is favorable for cell growth and migration. It possessed good compressive resistance and excellent biocompatibility. These nanocellulose gels have good potential in the biomedical field and open up a new way for the application of cellulose.

Key words:TEMPO catalytic oxidation; cellulose nanofibers; hydrogels; biomaterials

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目录

1. 绪论 .................................................................1

1.1 引言 ..................................................................1

1.2纤维素 ...............................................................1

1.3纳米纤维素 ............................................................3

1.4水凝胶 ................................................................5

1.5本论文研究目的及意义...................................................7

第二章 实验部分 ............................................................9

2.1实验试剂及设备 ........................................................9

2.1.1实验试剂 ...........................................................9

2.1.2实验设备 ...........................................................9

2.2实验流程 ..............................................................9

2.2.1 纳米纤维素分散液的制备.............................................10

2.2.2 纳米纤维素水凝胶的制备 ............................................10

2.2.3纳米纤维素水凝胶的性能表征.........................................10

2.3结果与讨论 ...........................................................11

2.3.1红外光谱分析 ......................................................11

2.3.2纤维素与纳米纤维素的比较 .........................................12

2.3.3原子力显微镜分析 ..................................................12

2.3.4扫描电镜分析 ......................................................13

2.3.5吸水率与溶胀比 ....................................................13

2.3.6压力承受测试 ......................................................15

2.3.7细胞培养实验.......................................................15

第三章 总结 ...............................................................16

参考文献..................................................................17

致谢......................................................................19

第一章绪论

1.1引言

近几十年来，随着人类广泛开采消耗各类资源，导致大量不可再生资源（如石油、煤炭、天然气等）极度缺乏。因此在这种情况下，为了人类社会的可持续发展，大力开发可再生资源就成了我们必然的选择。2011年美国241届化学学会会议主题为“自然资源化学”，2015年(249届）的主题为自然与化学资源。2010年21届IUPAC国际化学教育会议主题为全球化时代下的化学教育与可持续发展。以上种种，无一不是在呼吁我们应当更加注重对可再生无污染资源的开发应用。风能、太阳能、水资源、生物资源这些都是常见的可再生资源。天然高分子便是生物资源中的一类。天然高分子是一类来源于自然界中普遍存在的动植物以及微生物中的大分子有机物质，主要包含有纤维素、甲壳素/壳聚糖、淀粉、蛋白质、木质素、天然橡胶、天然聚酯等^[1] ，它们在自然界中大量存在，且可快速循环再生，不会对自然界造成过多污染。基于以上原因，大力开发天然高分子材料，扩大其应用广度深度，将之应用于人类生产发展，具有重要的战略意义。因此近年来，对于开发天然高分子资源引起了广大研究者的兴趣，从而寻求更适用于人类生产发展的新能源新材料。