PVA-海藻酸钠-活性炭共聚物水凝胶氧气渗透性能研究
《具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备及其性能研究》范文
《具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备及其性能研究》篇一一、引言近年来，随着生物材料科学和3D打印技术的快速发展，具有特定拓扑结构的生物相容性材料在生物医学、组织工程和药物传递等领域的应用日益广泛。
海藻酸钠（Alginate）和明胶（Gelatin）作为天然的生物高分子材料，因其良好的生物相容性和可降解性，被广泛应用于制备复合水凝胶材料。
本文旨在研究具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备方法及其性能。
二、材料与方法1. 材料海藻酸钠、明胶、交联剂、3D打印设备等。
2. 制备方法（1）海藻酸钠-明胶复合水凝胶的制备：将海藻酸钠和明胶按照一定比例混合，加入适量的交联剂，通过搅拌使其充分反应，形成均匀的溶液。
（2）3D打印制备：将上述溶液装入3D打印机的打印头中，通过控制打印头的移动速度、温度和压力等参数，将溶液逐层打印成具有不同拓扑结构的复合水凝胶。
（3）性能测试：对制备的复合水凝胶进行拉伸性能测试、溶胀性能测试、生物相容性测试等。
三、不同拓扑结构的制备及性能研究1. 简单拓扑结构制备及性能研究简单拓扑结构的复合水凝胶主要指均匀的结构。
首先通过控制3D打印的参数，如打印速度和压力等，得到不同交联度的复合水凝胶。
测试其拉伸性能和溶胀性能，结果表明随着交联度的增加，水凝胶的力学性能得到提高。
同时，通过生物相容性测试证明其具有良好的生物相容性。
2. 复杂拓扑结构制备及性能研究为了探索不同拓扑结构对复合水凝胶性能的影响，设计了多种具有复杂结构的复合水凝胶，如网状、孔洞型等。
结果表明，复杂结构的水凝胶具有更好的孔隙率，能够提供更多的生长空间，有助于细胞生长和组织修复。
此外，通过比较不同拓扑结构的水凝胶的力学性能和溶胀性能，发现其具有更优异的性能表现。
四、讨论与展望本文成功制备了具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶，并对其性能进行了深入研究。
结果表明，通过控制3D打印参数和选择合适的拓扑结构，可以制备出具有优异力学性能和生物相容性的复合水凝胶。
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《具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备及其性能研究》篇一一、引言水凝胶是一种在三维空间网络结构中吸收大量水分的物质，其特殊的物理性质和良好的生物相容性，使得其在组织工程、药物载体、3D打印材料等领域有着广泛的应用。
本文针对海藻酸钠与明胶两种天然聚合物进行复合，利用3D打印技术制备出具有不同拓扑结构的复合水凝胶，并对其性能进行研究。
二、材料与方法（一）材料海藻酸钠、明胶、去离子水等。
（二）制备方法1. 溶液配制：将海藻酸钠和明胶分别溶解于去离子水中，得到相应的溶液。
2. 混合溶液：将海藻酸钠溶液与明胶溶液按照一定比例混合，形成复合溶液。
3. 3D打印：利用3D打印技术，将复合溶液逐层打印，形成具有不同拓扑结构的复合水凝胶。
4. 性能测试：对制备出的水凝胶进行物理性能测试，如拉伸强度、吸水率等。
三、不同拓扑结构的水凝胶制备根据不同的拓扑结构需求，设计并制作了多种水凝胶模型。
其中包括复杂的三维网络结构、孔隙大小不同的多孔结构等。
在3D打印过程中，通过调整打印速度、温度、喷头直径等参数，实现精确的成型。
四、性能研究（一）物理性能测试对不同拓扑结构的水凝胶进行了拉伸强度、吸水率等物理性能测试。
结果表明，海藻酸钠-明胶复合水凝胶具有较高的拉伸强度和良好的吸水性能。
同时，拓扑结构对水凝胶的物理性能有一定影响，复杂的三维网络结构具有更高的拉伸强度和吸水率。
（二）生物相容性测试为研究海藻酸钠-明胶复合水凝胶的生物相容性，我们进行了细胞培养实验。
实验结果显示，该水凝胶具有良好的生物相容性，能够支持细胞生长和增殖。
（三）降解性能研究通过模拟人体内环境条件下的降解实验，发现海藻酸钠-明胶复合水凝胶在一段时间内能够逐渐降解，具有良好的生物降解性能。
同时，不同拓扑结构的水凝胶在降解过程中表现出不同的速率和程度。
五、结论本研究成功制备了具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶，并通过物理性能测试、生物相容性测试和降解性能研究，发现该水凝胶具有较高的拉伸强度、良好的吸水性能和生物相容性。
PVA-碳量子点复合荧光水凝胶的制备及性能研究
PVA-碳量子点复合荧光水凝胶的制备及性能研究马玉林;樊晓慧;毛林韩;崔聪聪;黄巧雨;陈朝霞;张玉红【期刊名称】《湖北大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2024(46)1【摘要】荧光水凝胶因其优异的光学性能、生物相容性等优点受到广泛关注。
本研究通过冻融法,将硅烷碳点(Si-CDs)与聚乙烯醇(PVA)复合,制备了一种具有pH响应性和抗菌活性的聚乙烯醇-碳量子点复合荧光水凝胶(PVA-CDs),表征了PVA-CDs水凝胶的微观结构,并研究了其机械性能、流变性能、吸水性、细胞相容性以及抗菌活性。
实验结果表明,碳量子点的引入,显著改善了水凝胶的力学性能,降低了水凝胶的溶胀比。
在不同的酸碱环境中,掺杂了荧光碳点的PVA-CDs复合水凝胶显示出不同颜色的荧光,证明PVA-CDs复合水凝胶具有优异的pH响应性。
经PVA-CDs复合水凝胶处理的细菌培养板上形成了清晰可见的抑菌圈,表明其有良好的抗菌活性。
此外,所制备的荧光水凝胶材料同时具备pH响应性、抗菌活性和细胞相容性,为开发生物医用材料提供了新的思路和重要理论依据。
【总页数】9页(P77-85)【作者】马玉林;樊晓慧;毛林韩;崔聪聪;黄巧雨;陈朝霞;张玉红【作者单位】有机化工新材料省部共建协同创新中心【正文语种】中文【中图分类】O631【相关文献】1.氧化锌量子点和碳量子点及其复合物的制备与发光性能的研究2.聚乙烯醇/碳量子点复合荧光纤维的制备及检测性能3.单激发双发射近红外荧光碳量子点制备、荧光性能与细胞成像4.聚丙烯酰胺/碳量子点/氧化石墨烯复合水凝胶制备及其性能分析5.碳量子点/聚乙烯醇复合膜的制备及其荧光性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水凝胶实验报告
一、实验目的1. 了解水凝胶的基本概念和制备方法。
2. 掌握水凝胶的表征方法。
3. 研究不同制备方法对水凝胶性能的影响。
4. 分析水凝胶在生物医学、环境治理等领域的应用前景。
二、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）、丙烯酸（AA）、氢氧化钠（NaOH）、氯化钙（CaCl2）、无水乙醇、蒸馏水等。
2. 实验仪器：恒温水浴锅、磁力搅拌器、电子天平、分析天平、烧杯、滴定管、移液器、剪刀、烘箱、电热鼓风干燥箱、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等。
三、实验方法1. 水凝胶的制备（1）PVA/SA水凝胶的制备将一定量的PVA溶解于蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解。
待溶液冷却至室温后，加入一定量的NaOH溶液，调节pH值至7-8。
然后加入一定量的SA溶液，搅拌均匀。
将混合液倒入培养皿中，放入烘箱中干燥，得到PVA/SA水凝胶。
（2）PVA/AA水凝胶的制备将一定量的PVA溶解于蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解。
待溶液冷却至室温后，加入一定量的NaOH溶液，调节pH值至7-8。
然后加入一定量的AA溶液，搅拌均匀。
将混合液倒入培养皿中，放入烘箱中干燥，得到PVA/AA水凝胶。
2. 水凝胶的表征（1）扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观结构。
（2）傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析水凝胶的官能团。
（3）测量水凝胶的溶胀率和力学性能。
四、实验结果与分析1. SEM观察PVA/SA水凝胶的微观结构呈现为多孔状，孔径大小不一，有利于物质的传输。
PVA/AA水凝胶的微观结构呈现为均匀的网状结构，有利于提高水凝胶的力学性能。
2. FTIR分析PVA/SA水凝胶和PVA/AA水凝胶在红外光谱中均出现了PVA的特征吸收峰，同时SA 和AA的特征吸收峰也得到了体现。
这表明水凝胶中PVA、SA和AA的化学键得到了有效连接。
3. 溶胀率和力学性能PVA/SA水凝胶的溶胀率较高，可达200%以上，具有良好的水溶性和生物相容性。
PVA-SA水凝胶生物载体的制备及其性能研究
PVA-SA水凝胶生物载体的制备及其性能研究谭炳琰;储昭瑞;吴桂荣;骆华勇;荣宏伟【摘要】A PVA-SA hydrogel biocarrier was prepared by solution blending method with boric acid as crosslink-ing agent.Then the carrier was characterized by using specific surface area /aperture distribution, scanning e-lectron microscopy(SEM)and Fourier transform infrared spectroscopic methods.Furthermore,its biological ac-tivity and treatment efficiency in the wastewater treatment were investigated.The results show that the most suit-able PVA and SA concentrations are 7%and1%respectively.Under these conditions,the specific surface area of gel beads is 24.233 m2· g -1.The average pore size is 60.895nm,and these pores are dominated by large and mesoporous pores.It is observed that the network of the gel beads is stable and has abundant pore structure under the scanning electron microscopy.With the formation of biofilm in the gel beads,the surface and internal of the gel beads effectively produce lots of microorganisms, which results in excellent biological activity.The batch test showed that the oxygen uptake rate of the carriers is 8.95μgO2·(min· stars)-1and COD removal efficiency can reach 89%.Thus,the PVA-SA hydrogel gel bead can serve as an ideal biological carrier to speed up the biofilm formation and improve the efficiency of wastewater treatment.%该研究采用溶液共混法以硼酸作为交联剂制备PVA-SA水凝胶生物载体,并结合比表面积/孔径分布仪、扫描电镜及傅里叶红外光谱等分析手段对载体进行分析;通过快速排泥法对载体挂膜,考察其在废水处理中的生物活性和处理效果.结果表明,当PVA浓度为7%、SA浓度为1%时,制得PVA-SA水凝胶生物载体具有较好的热稳定性,比表面积为24.233 m2· g-1,平均孔径为60.895 nm,孔隙分布以大孔和中孔分布为主,微孔所占比例比较小.扫描电镜观察显示挂膜前的凝胶球空间网络稳定,有丰富的孔隙结构.挂膜后的凝胶球表面及内部有效富集了大量的微生物,生物活性较好,耗氧速率为8.95 μgO2·(min· 颗)-1,COD去除率能达到89%,能够作为一种理想的生物载体.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(017)002【总页数】7页(P81-87)【关键词】生物载体;PVA;SA;比表面积及孔径分析【作者】谭炳琰;储昭瑞;吴桂荣;骆华勇;荣宏伟【作者单位】广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】X703生物载体是废水生物膜处理技术的核心之一，为了提高处理效率,往往要提高载体表面的生物量,而载体的材质将直接影响微生物的附着与生长.常用的塑料生物载体的生物亲和性、亲水性和活性不足，而海绵载体机械强度低，脱气性能差,导致废水的生物处理效率不高[1].聚乙烯醇(PVA)水凝胶因其具有三维网络结构，孔隙发达且比重接近颗粒污泥，有较好的生物亲和性，常被用于微生物包埋剂[2].将PVA制作成球型生物载体,能够发挥其优势,特别是作为大孔载体的优点更为明显.同时，聚乙烯醇分子链上含有大量羟基，能与硼酸进行化学交联形成Monodiol型凝胶[3].而硼是细菌合成群体感应信号分子呋喃硼酸二酯(AI-2)的重要组成元素[4].在废水处理中群体感应信号分子能够调控细菌的多种生理生化功能(如生物发光、固氮基因表达、群游现象和生物膜的形成等)，从而提高废水处理效率.因此，本研究通过溶液共混法，以硼酸作为交联剂制备出一系列不同质量比的PVA-SA复合水凝胶球并对其结构、性能等方面进行了研究，以寻找合成PVA-SA水凝胶生物载体的最适宜条件.1 试验材料与方法1.1 试剂和仪器聚乙烯醇(PVA):化学纯;海藻酸钠(SA):化学纯;硼酸:分析纯；无水氯化钙:分析纯. SEM扫描电子显微镜：JSM-7001F；傅里叶变换红外光谱仪：Tensor27；比表面积/孔径分布及孔隙分析仪：SA3100；热重分析仪：TGA4000；差示扫描量热仪：DSC8000.1.2 PVA-SA水凝胶生物载体的制备溶液共混法：先称取一定量的SA溶于蒸馏水搅拌配制成均匀溶胶,再称取一定量的PVA溶于蒸馏水, 于95 ℃加热搅拌配制成均匀溶胶,然后将SA溶胶与PVA溶胶等比例均匀混合，室温下搅拌6 h直至完全均匀混合.将共混溶液倒入恒压漏斗中，用5%(w/v)CaCl2-饱和硼酸溶液在三颈烧瓶中进行交联.交联48 h后用超纯水洗涤9 h，再用液氮反复冻融3次，最后进行真空干燥即得PVA-SA复合凝胶球.1.3 物理化学特性表征1.3.1 粒径、质量分析随机抽取50粒未干燥及干燥后的凝胶球，用滤纸吸取表面水分后称重，计算凝胶球平均质量.然后，用游标卡尺分别测量微球直径，计算凝胶球平均直径.1.3.2 溶胀率的测定(Swelling Ratio，SR)称取一定量干燥凝胶球(W0)放入盛有碳酸氢钠缓冲溶液(pH=7.5，模拟废水)的烧杯中，于30 ℃恒温静置一定时间t，取出凝胶球，擦干称重Wt，按式(1)计算溶胀率：(1)经0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、10 h、20 h分别测定凝胶球的溶胀率[5].1.3.3 热重分析(TG)采用热重分析仪测试凝胶球在不同温度下质量损失规律，对凝胶球材料的热稳定性进行定性分析.测试温度在30 ℃～800 ℃之间，升温速率为20 k·min-1，采用N2气氛[6].1.3.4 差示扫描量热分析(DSC)采用差示扫描量热仪测试干凝胶的玻璃化转变温度.测试温度在-50 ℃～100 ℃之间，升温速率为10 k·min-1,同样采用N2气氛[2].1.3.5 比表面积及孔径分析(BET)采用比表面积及孔径分布仪测定催化剂的比表面积及孔径.测试方法:称取一定质量的样品置于样品管下抽真空，然后进行低温氮气吸脱附实验测得等温吸附脱附曲线.采用BET模型计算比表面积.用BJH法计算孔容、孔径分布[7].1.3.6 扫描电镜分析(SEM)将制得的水凝胶用液氮急冻脆裂后冷冻干燥，使用扫描电镜来观察凝胶的表面及内部孔隙结构.挂膜后的载体测试之前，先将样品进行固定化操作[8]，再冷冻干燥.然后将样品喷金，最后进行扫描电镜的测试.1.3.7 红外光谱分析(FTIR)采用傅立叶变换红外光谱仪分析凝胶分子含有的特征官能团.将凝胶试样与少量溴化钾共同研磨成粉末，压片测试，扫描速度20 min-1，分辨率4 cm-1，在400～4 000 cm-1的波数范围内进行测定[9].1.4 挂膜性能分析采用快速排泥法挂膜，即在4个250 mL烧杯中,放入填充比为20%的凝胶球.分别接种等量的污水厂二沉池污泥，充分曝气使污泥与模拟废水(成分：0.5 mg·L-1乙酸钠、0.19 mg·L-1氯化铵、200 mg·L-1七水合硫酸镁、350 mg·L-1氯化钙、600 mg·L-1碳酸氢钠、1.5 mg·L-1硫酸亚铁)均匀混合，水力停留时间为24 h.反应器中的溶解氧浓度控制为7.24～7.47 mg·L-1，温度控制为23 ℃～27 ℃.驯养10 d后排掉悬浮污泥，测定挂膜后凝胶球的微生物活性[1].按式(2)、式(3)计算COD去除率和耗氧速率[10].COD去除率(2)(3)2 结果与讨论2.1 SA的浓度对PVA-SA复合凝胶球的影响选取质量分数为5%(w/v)的PVA，质量分数为5%CaCl2(w/v)的饱和硼酸溶液，SA的质量分数分别为0%、1%和 2%，所得试验结果见表1及图1.表1 不同SA质量分数对微球形态的影响Table 1 The influence of different SA mass fraction on microsphere morphologyω(PVA)/%ω(SA)/%滴入 CaCl2 溶液中微球的形态50成球困难,颗粒不定型,粘附现象严重(图1a)51易于成球,成椭球状,具有较好的机械强度(图1b)52微球拖尾现象严重,成球困难,易堵塞针头(图1c)图1 不同SA质量分数的凝胶球形态Fig.1 The gel sphere shape of different SA mass fraction由试验可知，单独的PVA溶胶成球效果很差, 存在很严重的粘连现象.主要原因是PVA分子中有大量的亲水性羟基, 微球之间容易相互吸引，故在交联过程中难以成球；SA的质量分数过高时，混合溶胶粘稠度较高，流动性较差，容易堵塞针头，并且微球有拖尾现象或形成一些不规则的球体.当SA质量分数为1%时，成球效果最佳.2.2 不同PVA浓度的复合凝胶球的特性制备不同PVA浓度的复合凝胶球以SA的浓度为1%为基础配比，选取PVA浓度为5%、6%、7%、8%，以5%的氯化钙-饱和硼酸溶液为交联剂，交联时间24 h.通过对不同PVA浓度配比的复合凝胶球物理特性、孔隙分布、化学结构及废水处理性能等方面进行表征分析，以寻找合成PVA-SA水凝胶球生物载体的最佳PVA 浓度.2.2.1 物理特性分析首先对交联完成后及冷冻干燥后的凝胶球作了平均粒径和平均质量的测定,所得结果如图2a和图2b.实验发现，不同PVA浓度的复合凝胶球交联后的粒径都在4 mm左右，干燥后粒径减少0.5 mm左右，但5%和6%的凝胶球外形呈椭球状，8%的凝胶球具有拖尾现象，导致其粒径标准偏差较大：7%的凝胶球球形较好，圆整饱满，形态较规则，所以粒径标准偏差最小.图2b可见，交联后的凝胶球质量在35～40 mg之间，密度大致在1.047 1 g·cm-3左右，密度略大于水，可用作生物膜悬浮载体.而干燥后的凝胶球质量均在6 mg左右，质量减少82.86%～85.00%.溶胀率是影响水凝胶球理化性质的一个重要因素[11].水凝胶的溶胀过程其实是内部高分子网络结构伸缩的过程.当溶剂进入到凝胶球内部，使三维网状高分子结构伸展，但由于分子链之间弹性收缩力的存在使得网状结构收缩，当这2种相反的趋势达到平衡状态时凝胶球粒径不再变化.凝胶球的溶胀性受自身分子结构以及环境条件如PH、温度等的影响[12].如图2c所示，凝胶球在24 h后达到溶胀平衡，并且当PVA浓度增加时，羟基与硼酸的交联位点也随之增多，可以形成更稳定的三维网络结构，从而提高凝胶的亲水性和溶胀率.但当PVA含量过高，往往会使凝胶球结构致密，不适用于微生物挂膜生长.图2 不同PVA浓度的凝胶球的物理特性Fig.2 The physical properties of the gel balls of different PVA concentrations2.2.2 热稳定性分析图3所示为不同PVA浓度的复合凝胶球的热重分析结果.从热重曲线(TG)和微商热重曲线(DTG)中可见，随着温度的升高，凝胶球的质量逐渐下降，室温180 ℃时，出现较大的质量损失约为12%，这一阶段主要为凝胶球中结合水的脱除；第二阶段为200 ℃～380 ℃，这一阶段SA开始裂解为较为稳定的中间产物,PVA分子链氢键断裂，侧基消除生成水和醋酸，对应着空间网络骨架的断裂；最后从380 ℃～800 ℃出现连续质量损失，空间网络结构逐渐瓦解，中间产物彻底分解为CO2和水.比较图3a、b、c、d可见，5%的凝胶球热稳定性最差在第二阶段就完全分解， 7%的凝胶球空间结构最稳定热分解趋势较为平缓.2.2.3 孔隙、孔径及比表面积分析用比表面积及孔径分布仪测定了的不同PVA浓度的复合凝胶球比表面积及孔径分布，结果见表2.由表2可见,当提高PVA的浓度后，样品的BET比表面积明显增加，孔容大幅增加，但当PVA浓度增加到8%时，由于PVA浓度过高，导致凝胶球结构过于紧密，使比表面积和孔容大幅缩小.因此，从比表面积考虑，PVA浓度最佳浓度为7%，此时凝胶球比表面积为24.233 m2·g-1，平均孔径为60.895 nm.图3 不同PVA浓度的凝胶球的热重分析曲线Fig.3 The thermogravimetric analysis of gel balls of different PVA concentrations表2 不同PVA浓度的复合凝胶球比表面积及孔容孔径Table 2 The gel ball ratio surface area and pore size aperture of different PVA concentration表征项目5%6%7%8%表面积BET单点(P/P0=0.3)比表面积/(m2·g-1)10.21117.20725.1927.233BET多点比表面积/(m2·g-1)11.04415.82024.2336.412孔容单点(P/P0=0.981 4)吸附总孔体积/(cm3·g-1)0.032 0.108 0.174 0.023 孔径BJH脱附平均孔径/nm44.489 57.367 60.895 41.881图4是不同PVA浓度配比的复合凝胶球孔径分布图(根据国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 根据孔隙直径大小而区分).可见不同PVA浓度配比的复合凝胶球的孔径分布差异较大，PVA浓度为5%和8%的凝胶球孔径分布比例大致均匀，但适合微生物附着生长的大孔只占总孔容的30%左右[13]，而PVA浓度为6%和7%的凝胶球以大孔和中孔分布为主，微孔所占比例比较小，更适合作为微生物载体.2.2.4 扫描电镜分析(SEM)图5a、5b、5c分别是PVA浓度为7%的挂膜前凝胶球截面的SEM(100倍、1 000倍、2 000倍)照片.由图5a可知凝胶球内部具有较丰富的孔隙结构.比较图5b、5c可见，凝胶球内部空间网络结构外密内疏，离球心较近的内部结构呈棉絮状，其孔径结构更丰富，孔径更大，这更加有利于营养物质输送到凝胶球内部以供微生物在凝胶球内部生长.图4 不同PVA浓度的凝胶球孔径分布图Fig.4 The gel ball pore diameter distribution of different PVAconcentrations图5 PVA浓度为7%的凝胶球截面的SEM照片Fig.5 The SEM photos of the cross section of gel-ball with 7% of PVA concentration2.2.5 红外光谱分析(FTIR)图6为SA、PVA、硼酸及化学交联后不同PVA浓度的凝胶球的红外谱图.图中，在3 435 cm-1处附近的强吸收峰是由O—H伸缩振动引起的羟基特征峰；在2 927 cm-1和1 430 cm-1处的吸收峰分别是为C—H的对称伸缩振动峰和面内弯曲振动峰；在 2 355 cm-1处的吸收峰属于硼酸的B—H的伸缩振动峰；而1 635 cm-1和1 128 cm-1处的吸收峰分别归属于海藻酸的和C—O伸缩振动峰.对比PVA和PVA-SA复合水凝胶的红外谱图可知，在PVA柔性大分子中引入SA网络大分子后降低了其电荷密度,削弱了分子链间的静电作用，减弱了PVA分子间的氢键作用，能有效地防止PVA成球过程的聚附效应.同时，随着PVA浓度的增大，B—H的峰值逐渐增大，而O—H的峰值逐渐减小，在PVA浓度达到7%时分别达到最大值和最小值，说明当PVA浓度为7%时，PVA中的O—H与硼酸化学交联的效果最好，从而PVA-SA复合水凝胶球结构最趋于稳定.图6 SA、PVA、硼酸及不同PVA浓度的凝胶球的红外谱图Fig.6 The infrared spectrogram of SA, PVA, boric acid and different PVA concentration of gel balls2.2.6 PVA-SA复合凝胶球的形成机理PVA是具有支链羟基的亲水性有机合成高分子.这些羟基与硼酸反应形成网络结构可以使PVA形成凝胶，未反应的羟基会与水形成氢键从而使凝胶内含有水而形成多孔结构.而SA能与交联剂溶液中的Ca2+快速反应形成空间网络结构，其反应速度要快于PVA与硼酸的反应，会首先形成凝胶球的网络框架，削弱PVA分子链间的氢键，促使交联反应时不易凝聚在一起，形成的凝胶球具有较好的球状性和弹性.并且随PVA用量增加，凝胶网络结构由疏松变得致密，因此，适当的增加PVA浓度有利于提高凝胶球的机械强度.2.2.7 污水处理性能分析在载体挂膜试验中，凝胶球与新鲜活性污泥均匀混合.在凝胶球表面及内部的孔隙中大量微生物聚附生长形成生物膜.生物膜中的微生物通过降解污水中的有机物来进行繁殖代谢.但随着挂膜时间的增加，凝胶球中部分SA被微生物降解而导致凝胶球变软发泡机械强度变差，因而PVA浓度为5%的凝胶球在第7天就全部破损，无法进行后续试验.图5d、5e、5f是PVA浓度为7%凝胶球挂膜后的SEM(100倍、300倍、1 000倍)照片.可见，在凝胶球表面及内部的孔隙表面附着生长着大量微生物,其分布形成以单菌和小菌团为主.而在某些位置还能发现少量丝状菌的存在.究其原因，凝胶球内部处于缺氧状态.与挂膜之前相比，由于部分SA被微生物降解导致内部孔隙结构更为丰富，孔径更大.不同的PVA浓度的凝胶球在传质、结构及稳定性等方面有着各自不同的特点, 这势必影响到附着微生物的活性.图7是不同时间段, 3种PVA浓度梯度凝胶球挂膜后对模拟废水中COD去除率随时间的变化.可见，在1个周期内PVA浓度为7%的凝胶球COD去除率为89.4%，废水处理效能最好，同时从耗氧速率结果(表3)来看，PVA浓度为7%的凝胶球的微生物活性达8.95 μgO2·(min·颗)-1，远远大于其他浓度梯度，符合比表面积和孔隙分布规律.综合考虑废水处理效率和机械强度，最终确定PVA最佳浓度为7%.图7 不同PVA浓度凝胶球挂膜后COD去除率Fig.7 The COD removal rate of gel balls of different PVA concentration表3 不同PVA浓度的复合凝胶球挂膜后微生物活性、玻璃化温度和机械强度Table 3 The microbiological activity, vitrification temperature and mechanical strength of gel balls of different PVA concentration序号PVA浓度/%SA浓度/%耗氧速率/[μgO2·(min·颗)-1]玻璃化温度Tg/℃机械强度151———54.66较差2616.0235.58一般3718.9539.79较好4813.5138.56较好3 结论(1)综合比较凝胶球外形、孔隙结构、强度和活性等因素，采用溶液共混法制备的PVA-SA复合水凝胶球最适宜PVA浓度为7%，SA浓度为1%.(2)试验测得当PVA浓度为7%，SA浓度为1%时，PVA能与硼酸充分交联和SA 形成稳定的互穿网络结构，从而得到热稳定性较好的凝胶球，其比表面积为24.233 m2·g-1，平均孔径为60.895 nm，孔隙分布以大孔和中孔分布为主，微孔所占比例比较小.(3)通过扫描电镜观察到挂膜前的凝胶球空间网络稳定，有丰富的孔隙结构.并且，膜后的凝胶球表面及内部有效富集了大量的微生物，生物活性较好，耗氧速率为8.95 μgO2·(min·颗)-1，COD去除率能达到89%，有利于加快挂膜速度,提高废水处理效率，能够作为一种理想的生物载体.参考文献：[1] 张旭, 李媛, 柏丽梅, 等. 废水处理用聚乙烯生物填料表面改性与表征研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(5): 961-966.[2] 廉哲, 胡安杨, 张毅, 等. 聚乙烯醇/海藻酸钠互穿网络水凝胶结构与性能研究[J]. 高分子通报, 2014(2): 156-161.[3] 门学虎, 李彦锋, 周林成. 聚乙烯醇载体的制备及应用研究进展[J]. 甘肃科学学报, 2004, 16(3): 30-35.[4] 刘蕾, 桂萌, 武瑞赟, 等. 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基于海藻酸钠-明胶多功能水凝胶的制备及性能研究
基于海藻酸钠-明胶多功能水凝胶的制备及性能研究基于海藻酸钠/明胶多功能水凝胶的制备及性能研究引言：水凝胶是一种具有高保水性和可逆性的新型凝胶材料，广泛应用于生命科学、生物医学和化学工程等领域。
海藻酸钠和明胶作为天然高分子材料，具有良好的生物相容性和水凝胶形成能力，被广泛研究和应用。
本文将介绍一种基于海藻酸钠/明胶的多功能水凝胶的制备方法及其在生物材料领域的性能研究。
一、实验方法1. 材料准备海藻酸钠和明胶作为主要原料采用高纯度的化学试剂，其他辅助材料如水和酒精也需保证纯度。
2. 制备水凝胶(1) 海藻酸钠和明胶按一定比例加入适量的水中，充分搅拌均匀；(2) 加入适量的酒精，继续搅拌混合；(3) 将混合溶液倒入模具中，放置于恒温槽中进行固化；(4) 固化完成后，取出水凝胶并用水洗涤，使其达到理想的形状和质地。
3. 性能测试对制备的水凝胶样品进行一系列的性能测试，包括韧度、吸水性能和生物相容性等。
二、结果与分析1. 韧度测试采用拉伸实验仪对水凝胶样品进行拉力测试，得到拉伸强度和伸长率等数据，评估其韧度。
结果表明，水凝胶具有较高的拉伸强度和伸长率，说明其具备良好的韧性，适用于各种应力环境下的应用。
2. 吸水性能测试通过浸泡法测试水凝胶的吸水性能。
结果显示，水凝胶具有优异的吸水性能，吸水速率较快，吸水量可达到其自身质量的数倍。
这一特性使得水凝胶成为一种理想的保湿材料，可在生物医学和护肤品等领域得到广泛应用。
3. 生物相容性测试通过细胞培养实验评估水凝胶的生物相容性。
结果表明，水凝胶对于细胞生长没有明显的毒性和损伤作用，细胞可以在水凝胶表面附着并正常增殖。
这一结果证明了水凝胶的良好生物相容性，为其在生物医学领域的应用提供了可靠的基础。
三、应用展望基于海藻酸钠/明胶多功能水凝胶的制备方法及其性能研究结果显示，该水凝胶具备优异的韧度、吸水性能和生物相容性。
因此，在生物材料领域具有广阔的应用前景，包括组织工程、药物缓释和人工器官等领域。
《具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备及其性能研究》范文
《具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备及其性能研究》篇一一、引言近年来，随着生物材料科学的快速发展，水凝胶作为一种具有高度亲水性和三维网络结构的生物材料，在生物医学、组织工程和软物质科学等领域得到了广泛的应用。
海藻酸钠和明胶作为天然高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性，因此，它们的复合水凝胶在生物医学领域具有巨大的应用潜力。
本文旨在研究具有不同拓扑结构的海藻酸钠-明胶复合水凝胶的3D打印制备方法及其性能。
二、材料与方法1. 材料海藻酸钠、明胶、交联剂、3D打印设备及相关耗材。
2. 方法（1）水凝胶制备：将海藻酸钠和明胶按照一定比例混合，加入交联剂，通过溶液浇铸或乳液法等方法制备出复合水凝胶。
（2）3D打印制备：利用3D打印设备，将复合水凝胶进行3D打印，制备出具有不同拓扑结构的样品。
（3）性能测试：通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品的微观结构，通过拉伸测试、压缩测试等方法评估样品的力学性能，并对其进行生物相容性测试。
三、结果与讨论1. 3D打印制备不同拓扑结构的水凝胶我们成功利用3D打印技术制备了具有不同拓扑结构（如多孔、互联网络等）的海藻酸钠-明胶复合水凝胶。
在打印过程中，通过调整打印参数和材料比例，可以实现对水凝胶结构和性能的精确控制。
2. 微观结构分析通过扫描电子显微镜观察发现，不同拓扑结构的水凝胶具有不同的微观结构。
多孔结构的水凝胶具有较大的孔隙率，而互联网络结构的水凝胶则具有更复杂的网络结构。
这些结构对水凝胶的力学性能和生物相容性具有重要影响。
3. 力学性能测试拉伸测试和压缩测试结果表明，具有不同拓扑结构的水凝胶具有不同的力学性能。
多孔结构的水凝胶具有较好的抗拉强度和韧性，而互联网络结构的水凝胶则具有较高的压缩强度和硬度。
这些性能差异主要源于水凝胶的微观结构和交联程度。
4. 生物相容性测试生物相容性测试结果表明，海藻酸钠-明胶复合水凝胶具有良好的生物相容性，无明显的细胞毒性。
海藻酸钠基双网络复合水凝胶的制备及吸附性能研究
海藻酸钠基双网络复合水凝胶的制备及吸附性能研究摘要：本文以海藻酸钠和聚乙二醇为原材料，通过交联聚合反应制备了一种海藻酸钠基双网络复合水凝胶，并研究了其吸附性能。
实验结果表明，该水凝胶具有良好的吸附能力，对染料类物质的吸附效果特别明显。
在pH为7左右的条件下，该水凝胶能够高效地吸附甲基橙、亚甲基蓝等染料，吸附量可达到100 mg/g以上。
研究还发现，改变交联聚合反应条件能够控制水凝胶的孔径大小和表面性质，从而影响其吸附性能。
关键词：海藻酸钠；双网络复合水凝胶；吸附性能；交联聚合反应；孔径大小1. 引言水凝胶是一种聚合物材料，在生物医学、环境工程、能源等领域有广泛应用。
海藻酸钠是一种天然多糖物质，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
将海藻酸钠与其他聚合物复合，制备双网络复合水凝胶，能够充分发挥它们各自的优点，并且改善材料的吸附性能。
本研究旨在探究海藻酸钠基双网络复合水凝胶的制备方法，及其在染料吸附方面的应用。
2. 材料与方法2.1 材料海藻酸钠、聚乙二醇、甲基橙、亚甲基蓝。
2.2 方法2.2.1 海藻酸钠制备将1 g海藻加入500 mL蒸馏水中，在中温条件下加入1mol/L NaOH（pH值调节至10），加热 1 h，然后离心、冷却、抽滤。
2.2.2 双网络复合水凝胶制备20 g聚乙二醇2000、10 g海藻酸钠、0.1 g交联剂A混合溶解，加入200 mL甲醇水溶液中，混合均匀，置于N2保护下搅拌，使之交联反应。
然后将凝胶取出，用甲醇洗涤干净，再用水洗涤干净，最后将凝胶放置于真空干燥箱中干燥，制备双网络复合水凝胶。
2.2.3 吸附性能测试将制备好的水凝胶分别放入含有100 mg/L甲基橙、亚甲基蓝的水溶液中，pH值为7，温度为25℃，搅拌一段时间后离心，用紫外-可见光谱法测试液体中染料的吸收值，计算出吸附量。
3. 结果与讨论3.1 水凝胶吸附性能实验结果表明，制备的双网络复合水凝胶对染料类物质的吸附效果特别明显。
本科水凝胶实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解水凝胶的基本概念、分类及特性。
2. 掌握水凝胶的制备方法，包括交联剂的选择、交联条件等。
3. 学习水凝胶的性能测试方法，如溶胀率、力学性能、溶胀动力学等。
4. 分析水凝胶在不同应用领域的应用前景。
二、实验原理水凝胶是一种具有三维网络结构的聚合物材料，具有高水含量、一定力学性能和良好生物相容性等特点。
水凝胶的制备通常采用交联剂使聚合物分子链发生交联，形成三维网络结构。
根据交联方式的不同，水凝胶可分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。
三、实验材料、用具及试剂1. 材料：聚乙烯醇（PVA）、交联剂（乙二醛、戊二醛等）、NaOH、蒸馏水等。
2. 用具：磁力搅拌器、电子天平、烧杯、滴定管、锥形瓶、移液器、烘箱、冰箱等。
3. 试剂：PVA、交联剂、NaOH、氯化钠、氯化钙、盐酸等。
四、实验步骤1. 准备PVA溶液：称取一定量的PVA，加入适量的蒸馏水，在磁力搅拌器上加热溶解，待溶液冷却至室温。
2. 配制交联剂溶液：根据实验要求，配制一定浓度的交联剂溶液。
3. 制备水凝胶：将PVA溶液与交联剂溶液混合均匀，倒入培养皿中，放入烘箱中干燥至一定程度，取出后放入冰箱中冷藏。
4. 性能测试：a. 溶胀率测试：将水凝胶放入一定浓度的盐溶液中，在一定温度下浸泡一定时间，取出后称量，计算溶胀率。
b. 力学性能测试：将水凝胶在电子万能试验机上拉伸，记录断裂强度和断裂伸长率。
c. 溶胀动力学测试：将水凝胶放入一定浓度的盐溶液中，在不同时间取出，测量其溶胀率。
五、实验结果与分析1. 溶胀率测试：根据实验数据，计算出不同交联剂和不同温度下的溶胀率，分析溶胀率与交联剂、温度等因素的关系。
2. 力学性能测试：根据实验数据，分析水凝胶的断裂强度和断裂伸长率与交联剂、温度等因素的关系。
3. 溶胀动力学测试：根据实验数据，分析水凝胶的溶胀速率与交联剂、温度等因素的关系。
六、实验结论1. 水凝胶的制备方法简单，通过选择合适的交联剂和交联条件，可以制备出具有良好性能的水凝胶。
海藻酸钠基水凝胶的制备 性能研究及在组织修复中的应用
材料和方法
实验材料
海藻酸钠（Sodium Alginate，SA）、氧化还原剂（如过硫酸铵）、交联剂 （如乙二醇）以及其他实验所需材料。
实验方法
1、海藻酸钠溶液的制备：将海藻酸钠溶于适量的去离子水中，搅拌至溶解。
2、氧化还原剂与交联剂的添加：将氧化还原剂和交联剂加入海藻酸钠溶液中， 搅拌均匀。
黄芪、女贞子、人参等中药对于毛发生长具有一定的促进作用。通过研究这些 中药的作用机制及其对化疗后脱发的治疗效果，我们可以更好地了解如何利用 这些中药来促进毛发生长，从而为化疗后脱发患者提供一种有效的治疗方法。 同时，这些中药的广泛应用也为我们提供了更多的治疗选择和可能性。
然而，尽管这些中药显示出明显的促毛发生长效果，但其作用机制仍需进一步 研究。我们需要更深入的了解这些中药如何影响毛发生长相关的细胞因子、信 号通路等方面。此外，我们还需要通过更大规模的临床试验来验证这些中药的 治疗效果和安全性。
二、结果与讨论
1、力学性能：聚乙烯醇海藻酸钠水凝胶具有优良的力学性能，其拉伸强度和 断裂伸长率均高于单纯的PVA或SA水凝胶。这主要归因于PVA和SA之间的协同 作用以及交联网络的优化。
2、溶胀性能：PVA和SA的共混物具有较好的溶胀性能，能在短时间内吸收大 量的水分，并且保持形状稳定。这主要得益于其三维交联网络结构和高分子链 的亲水性。
海藻酸钠基水凝胶的制备 性 能研究及在组织修复中的应用
01 引言
03 实验材料 05 参考内容
目录
02 材料和方法 04 实验方法
引言
海藻酸钠基水凝胶是一种由海藻酸钠溶液经交联反应形成的新型高分子材料。 由于其具有良好的生物相容性、低免疫原性和促进细胞生长的能力，因此在组 织修复领域具有广泛的应用前景。本次演示将介绍海藻酸钠基水凝胶的制备方 法、性能研究及其在组织修复中的应用情况。
PVA影响海藻酸钠复合水凝胶力学韧性和溶胀性能的研究
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海藻酸钠复合水凝胶研究进展
海藻酸钠复合水凝胶研究进展一、本文概述海藻酸钠作为一种天然多糖类高分子化合物，因其良好的生物相容性、生物降解性以及优异的凝胶性能，在生物医学、药物递送、组织工程等领域受到广泛关注。
近年来，随着科学技术的不断发展，海藻酸钠复合水凝胶的研究取得了显著进展。
本文旨在综述海藻酸钠复合水凝胶的最新研究进展，包括其制备方法、性能优化、以及在各个领域的应用情况，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考和启示。
本文将首先介绍海藻酸钠的基本性质及其在复合水凝胶中的应用优势。
随后，将重点阐述海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括物理交联、化学交联和生物酶法等，并分析各种方法的优缺点。
接着，将探讨海藻酸钠复合水凝胶的性能优化策略，如增强机械强度、调节降解速率、提高生物活性等。
还将详细介绍海藻酸钠复合水凝胶在药物递送、组织工程、生物传感器等领域的应用现状，并展望其未来的发展前景。
通过本文的综述，我们期望能够为海藻酸钠复合水凝胶的研究和应用提供更为全面和深入的理解，推动该领域的技术进步和创新发展。
二、海藻酸钠复合水凝胶的制备方法随着科学技术的不断发展，海藻酸钠复合水凝胶的制备方法日趋多样化，以满足不同领域的应用需求。
目前，主要的制备方法包括物理交联法、化学交联法以及辐射交联法等。
物理交联法主要利用海藻酸钠分子链间的相互作用，如离子键、氢键等，通过改变溶液的温度、pH值或添加盐类等物理手段，诱导海藻酸钠分子链发生交联，从而形成水凝胶。
这种方法操作简单，条件温和，但形成的凝胶强度相对较低，稳定性有待提高。
化学交联法则是通过引入化学交联剂，如戊二醛、丙烯酰胺等，与海藻酸钠分子链发生化学反应，形成共价键，从而增强凝胶的强度和稳定性。
这种方法制备的凝胶具有较高的机械强度和化学稳定性，但交联剂的引入可能会引入潜在的毒性或生物不相容性，因此在生物医学领域的应用受到限制。
辐射交联法利用高能辐射如紫外线、伽马射线等，引发海藻酸钠分子链发生断裂并重新组合，形成三维网状结构，从而制备出水凝胶。
海藻酸钠凝胶机制及其在食品中的应用研究进展
海藻酸钠凝胶机制及其在食品中的应用研究进展鲁冬雪，徐倩倩，王稳航( 天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457)摘要: 海藻酸钠作为一种天然多糖，具有良好的功能特性，在食品中得到普遍应用。
生产实践中主要使用钙盐制备水凝胶，凝胶形成的网络结构可以提高食品特性。
它的形成受到海藻酸钠的浓度、结合钙离子浓度、温度、pH 值等因素的影响。
海藻酸钠凝胶在食品应用领域中备受关注，尤其是在微囊化、可食性膜、质地改良等方面应用广泛。
关键词: 海藻酸钠; 凝胶机制; 微囊化; 可食性膜; 质地改良剂海藻酸钠又称褐藻酸钠或海带胶，是一种从天然褐藻中提取的钠盐的碳水化合物，也是海藻细胞壁和细胞间质的主要成分［1］。
海藻酸钠( C H NaO )是由α-L-古子制备海藻酸钙凝胶。
常用的钙盐有氯化钙，硫酸钙等。
由于G 片段和M 片段的异构现象，因此与Ca2 + 形成水凝胶过程中所起的作用也不同。
其中2 个G片段经6 7 6罗糖醛酸( G 片段) 和β-D-甘露糖醛酸( M 片段) 通过α ( 1→4) 糖苷键连接而成的线性嵌段高聚阴离子多糖。
在其分子嵌段中可能只有其中的一种糖醛酸片段，还可能是两种糖醛酸无规则排列构成多嵌段共聚物，结构式如附图［2］。
研究发现其中的甘露糖醛酸与古罗糖醛酸的比例以及分子量与海藻酸钠的来源和采集的季节相关［3］。
因海藻酸钠具有无毒无味的特性、良好的生物降解性和生物相容、稳定性、成膜性，以及一定的韧性、强度和生物黏附性，因此在食品、化妆品、医药、工业生产、生物技术等领域得到广泛应用。
现就海藻酸钠凝胶机制及其在食品中的应用做简要综述。
附图古罗糖醛酸与Ca2 + 形成的“蛋盒模型”过聚合作用，片段分子中间形成了空间亲水结构，使Ca2 + 能与之结合，最终形成“蛋盒模型”。
更深层次分析，是2 个G片段与1 个Ca2 + 结合形成配位结构，这样的结构能使海藻酸片段链间结合得更加紧密最终形成具有一定强度和粘弹性的水凝胶。
PVA水凝胶的制备及研究综述
PVA水凝胶的制备及研究综述PVA（聚乙烯醇）水凝胶是一种具有弹性、可溶于水的高分子材料，具有广泛的应用前景，特别是在生物医学领域。
本文将对PVA水凝胶的制备方法和相关研究进行综述。
PVA水凝胶的制备方法多种多样，主要包括物理交联法、化学交联法和生物交联法。
其中，物理交联法是通过改变PVA溶液中的温度、pH值或添加剂来实现凝胶化。
这种方法简单易行，但凝胶的力学性能较差，不耐水。
化学交联法是通过添加交联剂或引发剂，使PVA分子间发生交联反应，形成三维网络结构。
这种方法可以调节凝胶的交联程度，从而改变其力学性能和水溶性。
生物交联法是利用酶或菌体等生物体内的酶促反应来进行交联，具有良好的生物相容性和可降解性。
PVA水凝胶的研究涵盖了多个方面，其中包括力学性能、形态结构、生物相容性和药物释放等。
力学性能是评价水凝胶质量的重要指标，与交联程度和结构有关。
研究发现，PVA水凝胶的力学性能可以通过调节交联剂浓度、交联时间和交联温度等条件来改善。
形态结构研究表明，PVA水凝胶具有均匀的孔隙结构和互穿网络，有利于负载药物和细胞的扩散和生长。
生物相容性是评价材料在生物体内应用的重要指标，PVA水凝胶具有低毒性和良好的生物相容性，已被广泛用于组织工程和药物传递领域。
药物释放研究表明，PVA水凝胶可以控制药物的释放速率和时间，可用于缓释药物和局部治疗。
除了上述方面的研究，PVA水凝胶还可以与其他材料进行复合，以改善其性能。
例如，将纳米材料引入PVA水凝胶中，可以提高其力学性能和生物相容性。
同时，还可以通过改变PVA水凝胶的交联方式和结构，来实现对凝胶性质的调控。
综上所述，PVA水凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，制备方法多样，研究内容涵盖了力学性能、形态结构、生物相容性和药物释放等方面。
未来的研究可以从更多角度探索PVA水凝胶的性能和应用，进一步发展其在生物医学领域的应用潜力。
海藻酸钠水凝胶的制备及其在药物释放中的应用
海藻酸钠水凝胶的制备及其在药物释放中的应用一、本文概述本文旨在深入探讨海藻酸钠水凝胶的制备方法及其在药物释放领域的应用。
海藻酸钠作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性和生物降解性，因此在医药领域具有广泛的应用前景。
本文首先将对海藻酸钠水凝胶的制备过程进行详细的介绍，包括材料选择、反应条件优化等关键步骤。
随后，我们将重点关注海藻酸钠水凝胶在药物释放方面的应用，探讨其作为药物载体的优势和潜力。
本文还将对海藻酸钠水凝胶在药物释放过程中的性能进行评估，包括药物释放速率、释放量以及药物释放机制等。
我们将对海藻酸钠水凝胶在药物释放领域的应用前景进行展望，以期为其在医药领域的进一步应用提供理论支持和实践指导。
二、海藻酸钠水凝胶的制备海藻酸钠水凝胶的制备过程相对简单，主要涉及到海藻酸钠与钙离子的交联反应。
将海藻酸钠溶解在适当的溶剂（如去离子水）中，通过加热和搅拌的方式确保海藻酸钠充分溶解，形成均一的海藻酸钠溶液。
然后，将含有钙离子的溶液（如氯化钙溶液）作为交联剂，以一定的速度滴加到海藻酸钠溶液中。
在滴加过程中，钙离子与海藻酸钠中的羧酸根离子发生离子交换，形成稳定的海藻酸钙凝胶。
为确保水凝胶的均匀性和稳定性，滴加过程需要控制速度和搅拌速率。
海藻酸钠的浓度、钙离子的浓度以及反应温度等因素都会影响水凝胶的形成和性能。
因此，在制备过程中，需要对这些参数进行优化，以获得具有理想性能的海藻酸钠水凝胶。
制备完成后，可通过一系列表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等，对海藻酸钠水凝胶的微观结构和化学性质进行分析。
这些表征结果可以为后续的药物释放研究提供基础数据。
通过合理的制备工艺和参数优化，可以制备出性能稳定的海藻酸钠水凝胶，为药物释放等应用领域提供有力支持。
三、海藻酸钠水凝胶在药物释放中的应用海藻酸钠水凝胶作为一种理想的药物载体，在药物释放领域具有广泛的应用前景。
其独特的三维网络结构和良好的生物相容性，使得海藻酸钠水凝胶能够有效地控制药物的释放速率和释放量，从而实现对药物释放的精确调控。
PVA水凝胶的性能及应用研究的开题报告
PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的性能及应用研究的开题报告一、研究背景水凝胶作为一种重要的功能材料，在生物医药、环境保护、纺织、食品加工等多个领域都有着广泛的应用。
其中PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶是两种常见的水凝胶材料，具有很好的特性和性能，因此被广泛应用于吸附、净化、传感和药物释放等方面。
二、研究内容本次研究将围绕着PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的性质、结构、制备方法和应用展开深入的研究。
主要内容包括：1. PVA/PEO水凝胶的性能研究：通过测试其吸水性、弹性、稳定性等性能指标，探究其物理化学特性；2. PAAS/PVA水凝胶的性能研究：利用FTIR、XRD等分析手段研究其结构、形貌和力学性能，探究其特点和潜在应用领域；3. 材料制备技术对水凝胶性能的影响研究：通过变换制备条件，比较PVA/PEO和PAAS/PVA水凝胶在不同制备条件下的结构和性能差异，探究制备工艺对材料性能的影响；4. 应用研究：以PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶为基础，探索其在环境污染治理、生物医药、传感与控释等领域的应用潜力。
三、研究意义PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶作为具有多种功能的材料，有着很广阔的应用前景。
通过深入研究其性能和制备方法，可以提高其性能表现和制备技术，丰富其应用领域，同时也可以对其他水凝胶材料的研究提供借鉴和启发。
四、研究方法本次研究将采用实验室常规测试方法，包括吸水性测试、弹性测试、力学性能测试，FTIR、XRD等多种材料分析技术。
五、研究进度计划第一年：完成水凝胶材料的制备和基础性能测试；第二年：深入研究水凝胶材料的特性和制备技术；第三年：探索水凝胶材料的应用前景和潜力。
六、论文提纲第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目标和内容第二章 PVA/PEO水凝胶的性能研究2.1 PVA/PEO水凝胶的制备方法2.2 PVA/PEO水凝胶的物理化学性质2.3 不同制备条件下的性能比较分析第三章 PAAS/PVA水凝胶的性能研究3.1 PAAS/PVA水凝胶的制备方法3.2 PAAS/PVA水凝胶的结构和形貌分析3.3 PAAS/PVA水凝胶的力学性能测试第四章材料应用研究4.1 PVA/PEO水凝胶在环境污染治理中的应用4.2 PAAS/PVA水凝胶在生物医药中的应用4.3 PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的传感与控释应用第五章结论与展望5.1 研究结论5.2 研究展望和未来工作参考文献。
海藻酸钠与天然聚合物复合的多功能止血水凝胶研究进展
海藻酸钠与天然聚合物复合的多功能止血水凝胶研究进展
张震;赵伟名;李虎;谢建平;胡旭麟;李开南
【期刊名称】《国外医药:抗生素分册》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】水凝胶是一种具有贯通三维网状结构的可降解天然亲水性聚合物,这些特性使得水凝胶具有优异的吸水特性和生物相容性从而被广泛地用于止血材料的制备。
随着研究不断的发展,传统的止血水凝胶逐渐发展成具有促进组织再生、载药与修
复骨缺失的多功能水凝胶。
在几种常用的水凝胶材料中,海藻酸钠除了具有水凝胶
的固有特性外,还具有来源广泛价格低廉,且粘附性能强的优势,被越来越多地用于多功能水凝胶的制备。
本文对海藻酸钠与天然聚合物复合制备的水凝胶在止血、抗菌、促进组织再生等方面的研究进展进行介绍,为后续的研究应用提供理论基础。
【总页数】8页(P334-341)
【作者】张震;赵伟名;李虎;谢建平;胡旭麟;李开南
【作者单位】成都大学机械工程学院;成都大学附属医院
【正文语种】中文
【中图分类】R318.08
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海藻酸钠的研究与应用进展
海藻酸钠的研究与应用进展海藻酸钠是一种重要的生物高分子，其在医药、食品、化妆品、环境保护等领域有着广泛的应用。
在近年来，随着生物技术的发展和人们对环境友好材料的需求，海藻酸钠作为可再生、生物降解的天然高分子材料受到了越来越多研究者的关注。
本文将对海藻酸钠的研究与应用进展进行综述，以期为进一步的科研和产业应用提供参考。
一、海藻酸钠的基本性质海藻酸钠是一种多糖类化合物，其分子结构中含有α-L-葡萄糖醛酸、β-D-葡萄糖醛酸和α-L-葡萄糖酸成分，具有天然高分子的特性。
海藻酸钠具有很强的水溶性和吸水性，在水中形成凝胶状物质，广泛应用于制药、食品、化妆品等领域。
二、海藻酸钠的制备技术海藻酸钠的制备通常采用提取海藻原料并经过酸处理、碱处理、沉淀、洗涤和干燥等工艺步骤得到。
传统的制备工艺存在能耗高、废水废弃物处理难等问题，而近年来的研究表明，采用微波辅助提取、酶法制备等新技术可以降低成本、提高产率，并且更加环保。
三、海藻酸钠在医药领域的应用海藻酸钠在医药领域有着广泛的应用，主要包括药物缓释、伤口敷料、组织工程支架等方面。
海藻酸钠具有优异的生物相容性和生物降解性，可以降低药物的毒副作用、提高药效；在伤口敷料和组织工程支架中，海藻酸钠的凝胶化特性和成膜性能可以促进伤口愈合、提供支撑和保护作用，有着良好的前景。
海藻酸钠在化妆品领域主要应用于乳液、面膜、洗发水等产品中，具有保湿、增稠、分散稳定乳化等功效。
由于其与皮肤的天然成分相似，海藻酸钠能够更好地与皮肤相容，不易引起过敏等不良反应，因此在化妆品中有着广泛的应用前景。
近年来，随着环境保护意识的提高，海藻酸钠在环境领域的应用也逐渐受到关注。
海藻酸钠具有生物降解性和可再生性，可以用于制备生物降解性塑料、环境修复材料等，有利于减少化石能源消耗和减少环境污染，具有重要的环保意义。
聚乙烯醇∕海藻酸钠载药复合水凝胶的制备及其抗菌性能
第31卷㊀第3期2023年5月现代纺织技术Advanced Textile TechnologyVol.31,No.3May.2023DOI :10.19398∕j.att.202209006聚乙烯醇∕海藻酸钠载药复合水凝胶的制备及其抗菌性能王㊀悦a ,徐国平a ,仇巧华a ,朱灵奇a ,刘㊀涛a ,b(浙江理工大学,a.纺织科学与工程学院(国际丝绸学院);b.科技与艺术学院,杭州㊀310018)㊀㊀摘㊀要:以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)和海藻酸钠(Sodium alginate,SA)为原料,采用循环冷冻-解冻法制备具有半互穿网络结构(SIPN)的PVA∕SA 复合水凝胶并搭载盐酸万古霉素(VAN)㊂通过扫描电子显微镜(SEM)㊁红外光谱仪(FT-IR)和X 射线粉末衍射仪(XRD)等仪器对其形貌和结构进行表征,分析PVA∕SA @VAN 载药复合水凝胶的溶胀度和力学性能,并探究其抗菌性能㊂结果表明:PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶均呈现出三维多孔结构,孔隙率在80%以上,在磷酸盐缓冲液中的溶胀度可达1338%,具有良好的力学性能㊂抗菌实验表明,PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶对金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果㊂该研究结果可为载药复合水凝胶在创伤敷料中的应用方面提供参考㊂关键词:聚乙烯醇;海藻酸钠;复合水凝胶;载药;抗菌中图分类号:TB332㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009-265X(2023)03-0145-10收稿日期:20220919㊀网络出版日期:20221208基金项目:国家自然科学基金项目(31900964);浙江理工大学科研启动基金项目(11150131722120)作者简介:王悦(1999 ),女,浙江台州人,硕士研究生,主要从事现代纺织技术和产品开发应用方面的研究㊂通信作者:徐国平,E-mail:xuguoping8@㊀㊀水凝胶是由可溶性或亲水性聚合物的化学或物理交联形成的大分子网络,由于其优异的亲水性㊁良好的生物相容性㊁对生理环境的高度敏感性,以及能够为创伤界面提供潮湿的环境等优点使其成为伤口敷料和其他生物医学用途的理想选择[1-2]㊂水凝胶也被广泛用作药物载体,因为他们具有较高的孔隙率且能够有效调节药物释放速率,使其在促进创面修复及抗感染的基础研究与临床应用上取得喜人成果[3-4]㊂抗生素临床上通常采用传统的静脉注射以及口服的方式使用,但系统循环使到达感染部位的药物浓度不足以杀灭病菌,因此将抗生素负载在水凝胶中,直接施用在创口部位进行局部释药,针对性抵御病原微生物,可以在避免创口的感染的同时减轻抗生素过度口服的副作用,并且减少耐药性的形成[5]㊂海藻酸钠(SA )是一种天然聚电解质,来源广泛,具有高透氧性,生物降解性,生物相容性,良好的止血能力以及pH 敏感性,可在温和条件下快速形成水凝胶[6-9]㊂但其刚性大㊁易碎的缺点限制了其使用范围[10]㊂聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性极性聚合物,具有优异的生物相容性和生物降解性,固有的无毒性和良好的机械性能[4,11-12]㊂它可以通过化学或物理交联形成水凝胶,由于其具有伤口愈合性能[13-14],PVA 水凝胶也被广泛用作伤口敷料的基质材料㊂将PVA 与SA 复合,PVA 的加入弥补了SA凝胶脆性大的缺点,提高了凝胶的机械性能,增加了凝胶的弹性[15-16]㊂PVA 提供了足够的机械性能,并且促成水凝胶的形成,而SA 改善了样品的物理和生物学特性㊂盐酸万古霉素(VAN)是一种亲水性糖肽抗生素,性质稳定,对金黄色葡萄球菌和其他革兰氏阳性菌具有较高活性,已成为治疗感染的首选抗生素[17-20]㊂本文制备了以PVA 和SA 为原料,负载VAN 的PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶,研究其表面微观结构及理化性能,并评估其抗菌性能,为后期将该载药复合水凝胶应用于创伤敷料奠定基础㊂1㊀实㊀验1.1㊀材料和仪器主要材料:聚乙烯醇(PVA,1799型,醇解度98%~99%,上海麦克林生物化学有限公司),海藻酸钠(SA,AR,90%,上海麦克林生物化学有限公司),盐酸万古霉素(VAN,USP,上海阿拉丁生化科技股份有限公司),无水乙醇(EtOH,分析纯,杭州双林化工试剂有限公司),去离子水(实验室自制)㊂主要仪器:磁力搅拌器(S82-1型,上海志威电器有限公司),超声波清洗器(KQ5200E型,昆山市超声仪器有限公司),集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S型,杭州惠创仪器设备有限公司),电子天平(CFA1004型,宁波市鄞州华丰仪器厂),冷冻干燥机(FD-1A-5O型,上海比朗仪器制造有限公司),场发射扫描电子显微镜(Ultra55型,德国Carl Zeiss 公司),X射线衍射仪(D8discover型,德国布鲁克AXS有限公司),材料测试机(Instron5943型,美国Instron仪器公司),傅立叶变换红外光谱仪(Nicolet5700型,美国Thermo Electron公司),立式自动电热压力蒸汽灭菌器(LX-B50L型,合肥华泰医疗设备有限公司),净化工作台(SW-CJ-2D型,上海叶拓科技),电热恒温培养箱(DHP-9082型,上海一恒科学仪器有限公司),恒温培养摇床(THZ-100型,上海一恒科学仪器有限公司)㊂1.2㊀PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的制备称取10g的PVA颗粒放入加含有190mL去离子水的烧杯中,于95ħ水浴搅拌至完全溶解,得到质量分数5%的PVA水溶液㊂称取1g的SA 粉末放入加含有99mL去离子水的烧杯中,常温下搅拌至完全溶解,得到质量分数1%的SA水溶液㊂按一定质量配比将SA溶液加入PVA溶液中,搅拌至均匀,静止去泡后获得PVA∕SA水凝胶溶液㊂将5mg∕mL的VAN溶液加入到PVA∕SA溶液中,搅拌至完全混合,通过超声处理使药物分散均匀,得到PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶溶液㊂倒入模具后在-18ħ冷冻18h,室温解冻6h,如此反复3次,在常压下注入液氮使其冷冻,最后将复合水凝胶在-51ħ下冷冻干燥处理48h,即可获得PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶㊂样品组成如表1所示㊂表1㊀不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的样品组成Tab.1㊀Sample composition of different ratios ofPVA∕SA@VAN drug-loaded composite hydrogels样品名称PVA∕g SA∕g VAN∕mg SA@VAN0205P5S5@VAN10105P6S4@VAN1285P7S3@VAN1465P8S2@VAN1645P9S1@VAN1825 PVA@VAN20051.3㊀测试与表征1.3.1㊀表面形貌及结构分析将PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶进行冷冻干燥后,在液氮中脆断,然后在氮气气氛下使用溅射镀膜机镀上金-钯层㊂使用3kV的加速电压通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的表面形貌㊂1.3.2㊀化学结构分析傅立叶红外光谱仪(FTIR)选用ATR模式获得㊂在4000~500cm-1的波数区域内对PVA∕SA@ VAN载药复合水凝胶进行扫描来表征其红外透过率㊂1.3.3㊀结晶分析通过X射线衍射仪(XRD)对样品进行结晶性能检测㊂放射源:Cu靶Kα射线;扫描区间:5ʎ~ 80ʎ;扫描步长:0.02ʎ㊂1.3.4㊀溶胀性能测试将不同比例干燥的PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶浸入pH=7.4的PBS缓冲液中并在室温下进行溶胀测试,在每个时间间隔,从溶液中取出溶胀凝胶并从凝胶表面除去多余液体后称重,称重记为w1㊂将样品置于80ħ真空干燥中至少48h后称重,记为w2㊂样品的溶胀率(S w)通过式(1)计算得到:Sw∕%=w1-w2w2ˑ100(1) 1.3.5㊀孔隙率测试用无水乙醇作为介质,采用比重瓶法测定不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的孔隙率,每个样品重复3次㊂孔隙率P通过式(2)计算得到:P∕%=(m2-m3-m s)(m1-m3)ˑ100(2)㊃641㊃现代纺织技术第31卷式中:P 为孔隙率,%;m 1为乙醇和比重瓶的总质量,g;m 2为加入样品后反复抽取真空后乙醇和比重瓶的总质量,g;m 3为反复抽取真空后取出样品后剩余乙醇和比重瓶的总质量,g;m s 为水凝胶的干重,g㊂1.3.6㊀力学性能测试使用材料测试机通过压缩评估不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的力学性能㊂将样品制成直径10mm㊁高度10mm 的圆柱形,用于压缩试验㊂每个样品在10mm∕min 的压缩试验速度,60%的压缩模量下测定㊂1.3.7㊀抗菌性能测试细菌培养基营养琼脂配制:将6.4g 营养琼脂溶于200mL 去离子水中,120ħ高压灭菌30min,待高压灭菌锅温度降至65ħ取出,倒入培养皿中,冷却形成固体培养基㊂营养肉汤的配置:将0.36g 营养肉汤溶于20mL 去离子水中,高压灭菌后,冷却至室温下备用㊂细菌培养:将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌置于液体培养基中,在37ħ恒温摇床中过夜培养活化㊂抑菌圈实验:将200μL 菌悬液(1ˑ105CFU∕mL)均匀涂抹于固体培养基上,静置吸收10min㊂将载药水凝胶样品放在琼脂板中心并轻轻按压,然后在37ħ下倒置培养18h 后观察抑菌圈大小㊂使用尺子测量每个样品的抑菌圈,并拍摄不同培养皿的照片㊂水凝胶样品的抗菌性能采用抑菌环直径来评定,计算公式如式(3)所示:Dᶄ=D -d(3)式中:Dᶄ为抑菌环直径,mm;D 为抑菌圈外径,mm;d 为被测样品直径,mm㊂2㊀结果与讨论2.1㊀微观结构分析图1为PVA @VAN㊁SA @VAN 及PVA∕SA @VAN 载药复合水凝胶的FE-SEM 照片㊂可以发现,纯PVA @VAN 载药水凝胶经过多次重复的冷冻-解冻循环,形成三维多孔结构(图1(a))㊂如图1(b)所示,纯SA@VAN 载药水凝胶的孔隙率高,但结构松散㊂不同比例的PVA ∕SA @VAN 载药复合水凝胶中PVA 和SA 之间没有明显的相分离,表明两种组分之间具有良好的相容性㊂该载药水凝胶均表现出高度多孔的三维网络结构,孔隙分布均匀且相互连接,形成独特的半互穿网络结构[21](图1(c)―(g))㊂孔隙的大小和形态随PVA ∕SA 的混合比而变化,随着SA 含量的增加,PVA 含量减少,该复合水凝胶结构由紧密逐渐变得松散㊂一方面可能是因为水凝胶以半互穿网络结构的形式存在,这种结构会使两种材料都保持各自的化学结构;SA 组分本身没有交联,只是在PVA 网络中物理互锁,SA 自身以线性聚合物链扩散到PVA 聚合物网络中形成半互穿聚合物网络[22-23]㊂另一方面,SA 可能导致PVA 分子链之间通过冷冻和解冻形成的结晶交联点的破坏,阻碍PVA 分子物理交联的有效范围[13]㊂图1㊀不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的SEM 照片Fig.1㊀SEM images of different ratios of PVA∕SA@VAN drug-loaded composite hydrogels㊃741㊃第3期王㊀悦等:聚乙烯醇∕海藻酸钠载药复合水凝胶的制备及其抗菌性能2.2㊀化学组成分析图2为PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶及其原材料的FTIR光谱图㊂从图2(a)中可以看出,PVA 在1087cm-1处的特征峰归因于C O拉伸振动,在1414cm-1处的特征峰为 CH2的弯曲振动峰, 2909cm-1和2940cm-1处的特征峰分别为 CH2的对称和不对称伸缩振动峰,3268cm-1处的特征峰为 OH的伸缩振动峰㊂在SA红外光谱中,1023cm-1处为C O C的伸缩振动峰,1406cm-1和1595cm-1处分别为 COO 的对称和不对称伸缩振动峰, 2923cm-1处为C H的伸缩振动峰,3285cm-1处为 OH的伸缩振动峰㊂在VAN红外光谱中, 3422cm-1为N H和O H的伸缩振动峰,2967cm-1处为C H的伸缩振动峰,1652cm-1处的特征峰归因于酰胺基的C O振动,1234cm-1的特征峰归因于芳香酯的C O振动,1062cm-1和1025cm-1处为胺基的C N键的伸缩振动峰[24-27]㊂但由于VAN 的特征峰与SA的特征峰所处范围有重合,导致VAN的特征峰在复合载药水凝胶中不清晰可见,如图2(b)所示㊂所有的PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶样品在3235cm-1和3339cm-1之间显示出宽带,这可能是由于PVA∕SA中 OH的伸缩振动和VAN中N H的伸缩振动的重叠㊂随着PVA∕SA@ VAN载药复合水凝胶中SA组分的增加,1564cm-1和1638cm-1之间的峰强度增加,因为游离的 COO-数量增加㊂与纯PVA㊁SA和VAN相比,在PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的光谱中没有观察到新的峰,从而表明没有产生化学键㊂这些结果表明,PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的SIPN仅涉及PVA㊁SA和VAN之间的物理交联[28]㊂㊀㊀㊀㊀㊀图2㊀原材料及其不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的FTIR图谱Fig.2㊀FTIR spectrum of different ratios of PVA∕SA@VAN drug-loaded composite hydrogels and their raw materials2.3㊀XRD分析PVA㊁SA㊁PVA∕SA复合水凝胶及其载药复合水凝胶的XRD如图3所示㊂从图3可以观察到在PVA和PVA∕SA复合水凝胶的2θ=19.8ʎ处的高强度峰和2θ=41.2ʎ处的低强度峰显示一个尖锐的衍射峰表明PVA是一种半结晶材料[29-30]㊂PVA溶液在冻融过程中,PVA会形成分子间氢键和分子内氢键,从而形成了结晶区㊂SA在2θ=23.3ʎ处显示1个衍射峰,这是由于藻酸盐链之间通过分子间氢键的强相互作用,这对应于SA的无定形区域[31-32]㊂PVA∕SA复合水凝胶的衍射峰比PVA水凝胶的强度低且峰宽,这是因为复合水凝胶的结晶度主要来自于PVA,并且SA的加入破坏了PVA的原始内部官能团之间的作用力,SA和PVA之间形成了新的氢键作用,降低了复合水凝胶的结晶度㊂与未载药水凝胶相比,载药水凝胶的结晶度明显降低,这可能归因于PVA中的OH与VAN中的 NH2形成的弱氢键合㊂2.4㊀溶胀性能分析不同比例的PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的溶胀率如图4所示㊂由图4可以观察到,水凝胶在初始溶胀阶段,水凝胶的溶胀率迅速增加,水分子进入水凝胶并与水凝胶内部的大分子相互作用,溶胀率缓慢增加并最终在40min左右达到稳定状态㊂PVA@VAN溶胀率大约为346%,P5S5@VAN㊁P6S4㊃841㊃现代纺织技术第31卷@VAN㊁P7S3@VAN㊁P8S2@VAN 和P9S1@VAN 的最大溶胀率分别约为1338%㊁1059%㊁599%㊁478%和400%,表明载药复合水凝胶的溶胀率随着PVA 浓度的增加而明显降低,分别为PVA 水凝胶的3.9㊁3.1㊁1.7㊁1.4㊁1.2倍㊂这是由于聚合物上亲水基团的亲水能力是影响水凝胶溶胀性能的关键因素,而SA 比PVA 更具亲水性,并且内部的 COO -不仅与水分子发生水合作用,而且使聚合物链在水中伸展,另外 COO -之间存在静电排斥效应,使水凝胶可以吸收大量水分并膨胀直至平衡,因而水分子进入水凝胶的扩散速率和水量均增加,进一步提高了复合水凝胶的溶胀率㊂结合XRD 数据可知,SA 含量的增加使载药复合水凝胶的结晶度降低,有助于改善半互穿网络水凝胶在介质中的溶胀[30-33]㊂图3㊀PVA㊁SA㊁PVA∕SA 复合水凝胶及其载药复合水凝胶的XRD 图Fig.3㊀XRD patterns of PVA,SA,and PVA∕SA compositehydrogels and their drug-loaded compositehydrogels图4㊀不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的溶胀率Fig.4㊀Swelling rates of different ratios of PVA∕SA@VANdrug-loaded composite hydrogels2.5㊀孔隙率分析孔隙率是水凝胶的一个重要参数,孔隙率高代表材料具有较大的比表面积及较高的吸附能力,有助于吸收创伤的渗出液[8]㊂PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的孔隙率如图5所示㊂PVA @VAN 的孔隙率为80.53%,SA @VAN 的孔隙率相对较高,为92.58%㊂载药复合水凝胶的孔隙率随着SA 含量的增加,从80.37%(P9S1@VAN)增加到87.81%(P5S5@VAN),这是由于SA 本身的性质增加了载药复合水凝胶的孔隙率㊂综上,该水凝胶的高孔隙率使其具有良好的吸附能力,有利于后期药物的释放及吸收伤口渗出液,使其在伤口敷料应用方面有良好的前景㊂图5㊀不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的孔隙率Fig.5㊀Porosities of different ratios of PVA∕SA@VANdrug-loaded composite hydrogels2.6㊀力学性能理想的伤口敷料应具有良好的机械性能,以保持其结构的完整性[13,34]㊂为了检验PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的力学特性,进行了压缩实验㊂图6(a)为不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶的应力-应变曲线,拟合结果表明,所有复合水凝胶的应力-应变行为均呈指数关系,相关系数r 2均大于0.99㊂复合水凝胶中的三维网络结构包含了PVA 的非晶区和微晶区以及大量的自由水,使柔性的PVA 分子链能够通过重新排列自身来快速响应外力,最终导致水凝胶的压缩应变比相对较高[35]㊂图6(b)为不同比例PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶在60%应变下的压缩模量,可以看出随着SA 含量的增加,PVA∕SA @VAN 载药复合水凝胶的压缩㊃941㊃第3期王㊀悦等:聚乙烯醇∕海藻酸钠载药复合水凝胶的制备及其抗菌性能模量明显降低㊂不含SA的PVA@VAN载药水凝胶可达到高压缩模量(167.06ʃ16.66)kPa,P5S5@ VAN载药复合水凝胶的压缩模量下降到(33.70ʃ21.26)kPa,这可能是由于SA的加入使PVA的交联强度降低所致㊂因此,为了保证PVA∕SA@VAN 载药复合水凝胶能够满足后期应用的力学需求,SA 的含量应控制在合适的范围内㊂2.7㊀抗菌性能分析以未载药水凝胶作为对照样,通过抑菌圈法观察PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌的抗菌活性,结果如图7所示㊂对于没有负载VAN的PVA∕SA 水凝胶,在测试的两个菌株周围均无抑菌圈,这表明PVA∕SA水凝胶对这两种细菌没有抗菌活性㊂对于PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶,在对金黄色葡萄球菌的抗菌测试中样品周围均出现明显的抑菌圈,而在大肠杆菌中则无明显抑菌圈存在,说明VAN对金黄色葡萄球菌表现出良好的抗菌活性,抑菌圈直径如表2所示㊂不同比例的PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶抑菌圈存在差异,可能是由于通过原位加载将药物掺入水凝胶基质中的这种方法会使药物的释放取决于扩散㊁溶胀㊁药物-聚合物相互作用以及暴露于不同环境时水凝胶结构的结构变化[36],从而使得VAN扩散效果不同㊂PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶表现出良好的抗菌活性,使其在抗菌伤口敷料材料应用中具有巨大潜力㊂㊀㊀㊀㊀㊀图6㊀不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的应力-应变曲线和压缩模量Fig.6㊀Stress-strain curves and compression modulus of different ratios of PVA∕SA@VAN drug-loaded compositehydrogels ㊃051㊃现代纺织技术第31卷图7㊀不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌活性的光学图像Fig.7㊀Optical images of antibacterial activity of different ratios of PVA∕SA@VAN drug-loaded composite hydrogels against Staphylococcus aureus and Escherichia coli表2㊀不同比例PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的抑菌圈直径Tab.2㊀Bacteriostatic circle diameters of different ratios of PVA∕SA@VAN drug-loaded composite hydrogels菌种PVA P6S4SA SA@VANP5S5@VANP6S4@VANP7S3@VANP8S2@VANP9S1@VANPVA@VAN金黄色葡萄球菌∕mm0001110108887大肠杆菌∕mm00000000003㊀结㊀论本文通过循环冻融法制备了PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶,分析了PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶的理化性能和抗菌性能,主要结论如下: a)成功合成了PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶,PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶均表现出三维网络结构,XRD峰的变化和FT-IR结果证实了VAN的存在㊂b)PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶具有良好的溶胀性能㊁孔隙率和力学性能,随着复合水凝胶中SA含量的增加,该水凝胶溶胀度可达1338%,孔隙率在80%以上㊂c)PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶对金黄色葡萄球菌表现出良好的抗菌效果,且随着SA含量的增加,抑菌圈增大㊂综上,本文制备的PVA∕SA@VAN载药复合水凝胶表现出的优异性能显示出在伤口敷料和其他生物医学领域中有良好的应用前景㊂参考文献:[1]KAMOUN E A,KENAWY E R S,CHEN X.A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications:PVA-based hydrogel dressings[J].Journal of Advanced Research,2017,8(3):217-233. 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The results of this study provide a basis for the application of drug-loaded composite hydrogels in wound dressings. At present the demand for antibacterial wound dressings that control infection and prevent microbial invasion by releasing fungicides is gradually increasing.The antibacterial composite hydrogel wound dressing prepared in this paper can be used as a short-term dressing candidate for acute wounds.The research results can provide reference for the research of hydrogel wound dressings.Keywords:polyvinyl alcohol sodium alginate composite hydrogel drug loaded antibacterial。
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Ｇ ＼ Ｕ 三 一 －５
图２氧气浓度函数ｉｎ（１—２㈣与渗透时间的关系
Ｆｉｇ．２ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｉｎ（１－２ｃ｜Ｃａ ａｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ 由图２可知，接收池氧浓度变化函数Ｉｎ（１—２Ｃ／Ｃｏ）随渗透
时间￡的变化呈线性增加，从而表明氧气在该聚合物凝胶膜 中的渗透符合溶质在溶剂中的扩散行为。 ２．２海藻酸钠浓度对氧气渗透性能的影响
固定ＰＶＡ浓度（４％）、活性炭浓度（Ｏ．２％）、交联剂（５％氯 化钙饱和硼酸溶液），交联时间１５ｍｉｎ，改变海藻酸钠浓度， 制备海藻酸钠一ＰＶＡ一活性炭复合水凝胶。氧气渗透结果如 图３所示。水凝胶中海藻酸钠浓度对凝胶氧气扩散能力的影 响较大。随海藻酸钠浓度的增大氧气扩散系数（珧）先增大后 降低。当海藻酸钠浓度约为２．１％时，眈值最大。
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｆｏｒ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｉｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｓｏｄｉｕｍ ａｌｇｉｎａｔｅ，ＰＶＡ
ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ａｓ ｓｔａｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｄ ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ ａｓ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ．Ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｃｏｐｏｌｙ－
通常溶液中未发生反应的组分在水凝胶中扩散传递由 分子热运动引起，如果水凝胶膜两个表面水体中的氧气浓度 存在差异，在浓度差的作用下，溶解在水凝胶膜表面水中的 氧气将从高浓度一侧向低浓度一侧渗透，最终达到两侧氧的 浓度相等，这种扩散过程可以用菲克扩散定律描述：
Ｑ＝一Ｄ石ｄＣ
（１）
由池膜渗透法测定原理可求得渗透系数珧与溶氧浓
１ 实验
１．１试剂及仪器 电热恒温水浴锅（（ＨＨＳ２）：上海沪南科学仪器联营厂；
＋国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．２０３７６０８７）：广东省自然科学基金资助项目（ＮＯ．０３３３０７） 赖子尼：女，１９６４年生，副研究员，博士生．研究方向为功能高分子材料及环境保护Ｔｅｌ：０２０—８１６１６８８７ 崔英德：通讯作者
海藻酸钠、ＰｖＡ、活性炭浓度分别固定为２ｌ％彻％、０２％，
交联剂为含５％氯化钙的饱和硼酸溶液，改变海藻酸钠一 ＰＶＡ．活性炭共聚物水凝胶的交联时间，凝胶中氧气扩散实 验结果如图５所示。
ＰＶＡ与硼酸反应形成Ｍｏｎｏｄｉｏｌ型均相凝胶其，结构为：
七，ＣＨ２＿一Ｈ Ｇ—ＣＨ—２ Ｃ击Ｈ、＋ｎＨ，Ｂ０３—吒，ＣＨ２—ＣＨ—－ＣＨ２—≮Ｈ、击
Ｉ
Ｉ
Ｉ
ＯＨ
ＯＨ
０
Ｏ
＼Ｂ／
‘
．１
０Ｈ
氧气分子在水凝胶中的扩散行为主要受水凝胶中自由 水水分子无规则热运动的影响。ＰＶＡ浓度较低时，聚合物水 凝胶主要是海藻酸钙非均相凝胶，聚合物链问存在强链间相 互作用；ＰＶＡ浓度由２％上升到４％，ＰＶＡ、海藻酸钠比例有 利于形成ＰＶＡ／海藻酸钙互穿聚合水凝胶，聚合物链间相互 作用减弱，网络孔洞容纳自由水空间逐渐增大，凝胶分子链 间合适开口迅速增加，氧气易于进入凝胶到达凝胶的另一 侧，眈值随ＰＶＡ浓度增加而增大。当浓度超过４％后，随着 ＰＶＡ浓度增加，交联点增多，形成致密的网络结构，忱值急 剧降低。 ２．４交联时间对水凝胶氧气渗透性能的影响
ｍｅｒ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔａｔｉｃ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｄｉｕｌｎ ａｌｇｉｎａｔｅ，ＰＶＡ，ｃａｌｃｉｕｍ
ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｄ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ ｔｉｍｅ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ雒ｗｅｌｌ．Ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ ｏｆ４．０％ＰＶＡ．２．１％ｓｏｄｉｕｍ ａｌｇｉｎａｔｅ ａｎｄ Ｏ．２％ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ｗｉｔｈ ５．Ｏ％ｃａｌｃｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｄ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ
ａｓ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒｓ ｆｏｒ １ ５ｒａｉｎ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｓｏｄｉｕｍ ａｌｇｉｎａｔｅ，ＰＶＡ，ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ，ｈｙｄｒｏｇｅｌ，ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ
水凝胶是一种在水中能显著溶胀而不溶于水的聚合物， 具有三维网络结构，能吸收其自身几十至几千倍质量的水【ｌ】。 水凝胶良好的生物相容性，使固定其中的微生物活性能保持 较长时间。水凝胶开始用于生物固定化领域至今约２０年啪。 近１０年不少材料科学和环境科学的工作者开始了利用天然 高分子和合成高分子作固定化微生物载体方面的研究［６０ｔ。固 定化微生物技术是从２０世纪６０年代开始迅速发展的一项 技术，它通过采用化学或物理的方法将游离细胞或微生物定 位于限定的空间区域，使其保持活性并可反复利用［１０ １１１。氧气 在水凝胶中的渗透能力影响其在实际中的应用。用于生物脱 氮的微生物发生反应时往往需要氧气参加，其固定化载体不 仅要能限制微生物泄漏，而且还必须有充足的孔道允许氧气 扩散进入微生物的表面。选用不同的固定化技术、固定化载 体，会使微生物的活力变化不同。ＰＶＡ是在微生物固定化技 术中应用较多的一种材料。李沁华等研究了ＰＶＡ一海藻酸钙 复合材料的制备及含水率、拉伸强度等，发现ＰＶＡ、海藻酸
将一定比例的海藻酸钠与ＰＶＡ在９０℃水浴中加热搅 拌溶解于去离子水中，待海藻酸钠与ＰＶＡ完全溶解后，加入 一定量的活性炭，搅拌均匀，冷却至室温。将混合液倒入模具 中，滴加一定浓度的氯化钙饱和硼酸溶液。静置交联一段时 间，制成共聚物水凝胶。然后用去离子水浸泡ｌ天，每２ｈ换 水１次。
１．３水凝胶膜透氧性能的测定 将水凝胶膜夹于渗透装置左右两池中间（如图ｌ所示），
将脱气、充分暴气的自来水分别注入左右两池，各加入磁性 转子，置恒温磁力搅拌器上。渗透池与大气相通（使其溶氧含 量保持恒定），接收池与空气隔绝。用溶氧仪测量接收池水中 氧气浓度（Ｃ）。实验结束后，取出凝胶膜，用游标卡尺测量凝 胶厚度。按式（２）计算氧气渗透系数。
式中：仉为扩散系数，ｃｍ２／ｓ；Ｌ为膜厚度，ｃｍ；Ｓ为渗透膜面
钠通过交联反应形成的复合物玻璃化温度向彼此接近的方 向移动，在一定程度上发生了分子水平的互溶旧。早期相关 固定化微生物领域虽然已经开展了固定化技术、固定化微生 物效能方面的研究陋“，但有关固定化载体材料传质性能的 基础研究鲜有报道。
了解反应物、产物在水凝胶材料中的渗透行为，是设计固 定化微生物载体材料的基础。本文通过预实验初步确定原材 料浓度、交联时间等实验条件，制备了一系列复合凝胶采用池 膜测量法测定氧分子通过凝胶膜的通量，研究了氧气在 ＰＶＡ－海藻酸钠一活性炭水凝胶中的扩散系数，探讨了影响氧 气渗透性能的因素，对微生物固定化载体材料的设计具有指 导意义。
告×Ｔ 度的关系，如式（２）所示：
（２）
母鼎醒锕硪厦，’‘
图３海藻酸钠浓度对氧气渗透的影响
Ｆｉｇ．３
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｓｅｄ ａｌｇｉｎａｔｅ ｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ
海藻酸钠、ＰＶＡ分别与氯化钙、硼酸交联，形成三维互 穿网状结构，活性炭分散其中。当海藻酸钠浓度很低时，水凝 胶的结构主要是ＰＶＡ凝胶形成的均相凝胶，聚合物链有较 大的活动性，影响了氧气的渗透，氧气渗透速度较慢；随着海 藻酸钠浓度的增加，凝胶内自由体积由ＰＶＡ和海藻酸钙互 穿形成，三维网状结构趋于理想，自由体积空间较大，水中溶 氧容易通过水凝胶，氧气渗透速度加快，Ｄｅ值增大。当海藻 酸钠的浓度为２．Ｏ％～２．２％时，凝胶中氧气扩散能力最大。 随着凝胶中海藻酸钠浓度继续增加，海藻酸钙交联密度增 大，聚合物链间的相互作用增强，互穿网络结构中的孔洞缩
共聚物水凝胶，采用池膜法测定氧分子通过凝胶膜的通量，探讨原料舍量、交联剂浓度、交联时间对材料氧气渗透性能
的影响。结果表明，ＰｖＡ浓度为４．ｏ％，海藻酸钠浓度为２．１％，活性炭浓度为ｏ．２％，交联荆为５％氯化钙饱和硼酸溶液，
交联时间为１５ｍｉｎ，制得的ＰＶＡ一海藻酸钙一活性炭共聚物水凝胶氧气的扩散性能最好。
关键词
海藻酸钠 聚乙烯醇（ＰＶＡ）活性炭水凝胶透氧性能
中图分类号：ＴＱ５３０．２
文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＰＶＡ－Ａｌｇｉｎａｔｅ—－Ａｃｔｉｖｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｈｙｄｒｏｇｅｌ
ＬＡＩ Ｚｉｎｉｌ，ＣＵＩ Ｙｉｎｇｄｅ２，ＹＡＮ Ｚｈａｏｑｉａｎｇａ
增大，三维网络结构过于紧密，凝胶分子链间氧气渗透合适 开口快速减少，仇值锐减。交联时间超过２０ｍｉｎ以后，凝胶 的交联程度逐渐趋于极限，海藻酸钠、ＰＶＡ交联速度下降， 凝胶的网络结构变化缓慢，Ｄｅ值的下降也趋于平缓。
图４ ＰＶＡ浓度对氧气渗透的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶＡ ｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｎｌａｉ０１＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
ｐｖＡ一海藻酸钠一活性炭共聚物水凝胶氧气渗透性能研究／赖子尼等
·１５３·
ＨＪ－４恒温磁力搅拌器，江苏省金坛宏华仪器厂；电子天平： 北京赛多利斯天平有限公司；溶解氧测量仪：ＥＵＴＥＣＨ／ Ｏ舢汀ＯＮ手提式单排显示Ｄ０６。
聚乙烯醇（—～Ｒ）：汕头市光华化学厂；海藻酸钠（ＡＲ）：天津 市福晨化学试剂厂；活性炭（ＡＲ）：广州化学试剂厂；硼酸 （ＡＲ）：广州化学试剂厂；无水氯化钙（ｃＰ）：广东台山化工厂。 １．２海藻酸钠一ＰＶＡ一活性炭水凝胶的制备