不同金属离子交联剂对海藻酸盐凝胶结构及性能的影响

2018 年10月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Oct. 2018文章编号：1003-9015(2018)05-1194-09

不同金属离子交联剂对海藻酸盐凝胶结构及性能的影响

徐佳桐1, 温惠云1, 黄赛朋1, 潘士印2, 刘先宁2, 许宁侠1,3, 贾朝1,4, 薛伟明1

(1. 西北大学化工学院, 陕西西安 710069; 2. 陕西省眼科研究所, 陕西西安 710002;

3. 西安外事学院医学院, 陕西西安 710077;

4. 商洛学院医药与生物工程学院, 陕西商洛 726000)

摘要：不同二价金属离子交联剂与海藻酸钠具有不同交联机制，可形成结构与性能具有显著差异的海藻酸盐凝胶。价

键理论分析结果表明，Ca2+、Zn2+、Ba2+ 三种金属离子与海藻酸钠分子分别以dsp2、sp3、sp3d2方式配位杂化，形成平

面正方形、正四面体和正八面体构型。采用扫描电子显微镜、电感耦合全谱等离子体发射光谱仪和热失重分析仪等表

征金属离子交联凝胶的微观形貌、金属含量、热稳定性等与结构的相关性。以牛血清白蛋白(M w = 67 kDa)为模型，考

察了三种交联凝胶的结构对其扩散传递行为的影响。在此基础上，对三种金属离子交联凝胶与壳聚糖(M w = 100 kDa)

扩散反应成膜行为进行了考察。结果表明，Ca2+、Zn2+、Ba2+ 与海藻酸钠交联后，凝胶中结合的金属元素含量依次增

加，凝胶结构趋于致密且热稳定性增加，对牛血清白蛋白分子的扩散阻力依次增大，致密的凝胶结构有利于壳聚糖在

凝胶表面形成稳定连续的膜层。

关键词：海藻酸盐；金属离子交联剂；杂化轨道；凝胶结构；扩散

中图分类号：TQ021.4；O 636.1 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-9015.2018.05.027

Effects of Metal Ionic Crosslinkers on Structure and Performance of Alginate Gels

XU Jia-tong1, WEN Hui-yun1, HUANG Sai-peng1, PAN Shi-yin2,

LIU Xian-ning2, XU Ning-xia1,3, JIA Zhao1,4, XUE Wei-ming1

(1. College of Chemical Engineering, Northwest University, Xi’an 710069, China; 2. Shaanxi Institute of Ophthalmology, Xi’an 710002, China; 3.Medical College, Xi'an International University, Xi’an 710077, China;

4. College of Biology Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

Abstract:Alginate gels (SA) with different structure and properties can be formed when crosslinking with different divalent metal ions. The hybrid orbital theory indicates that Ba2+, Zn2+, Ca2+ coordinate with SA via sp3d2, sp3 and dsp2 and form octahedron, tetrahedron and planar square configurations, respectively. Micromorphology, metal contents and thermal stability of different metal ion crosslinked gels were characterized by scanning electron microscopy (SEM), inductively coupled plasma-optical emission spectrometer (ICP) and thermogravimetic analysis (TGA). Bovine serum albumin (BSA, M w = 67 kDa) was selected as a model protein to investigate diffusion behaviors of molecule in alginate gels. Moreover, membrane formation between alginate gels and chitosan (CS, M w = 100 kDa) was discussed. The results show that structure density, thermal stability and BSA diffusion resistance increase in an order of Ca2+, Zn2+, Ba2+. In addition, crosslinking also helps to form continuous membranes.

Key words: alginate; metal ion crosslinkers; hybrid orbital; hydrogel structure; diffusion

1前言

近年来，海藻酸盐微胶囊作为固定化载体在组织工程、药物递送及控制释放等领域引起极大关注[1,2]。

收稿日期：2017-12-08；修订日期：2018-03-05。

基金项目：陕西省自然科学基金(2015JM2044，2014JQ2067)；陕西省教育厅专项科研计划项目(16JK1770)。

作者简介：徐佳桐(1994- )，女，山西霍州人，西北大学硕士生。通讯联系人：薛伟明，E-mail：xuewm@