溫度響應(yīng)型淀粉醚/海藻酸鈉復(fù)合凝膠的制備及其性能

龐子健，徐源，姜碩，孫萌，姜謙，孫薇，查曉晗，尚悅，代明允，劉鷹，田野*

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.設(shè)施漁業(yè)教育部重點實驗室(大連海洋大學(xué))，遼寧 大連 116023；3.浙江大學(xué) 生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058)

智能響應(yīng)型凝膠是能夠在外界環(huán)境因素如溫度、機械應(yīng)力、光強度、pH、磁場和電場等刺激下，使其自身物理和化學(xué)變化性質(zhì)發(fā)生突變的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的親水性聚合物[1-7]。由于此類凝膠可在不同環(huán)境下做出刺激響應(yīng)，故可廣泛應(yīng)用于藥物負載、靶向釋藥、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[8-11]。其中，改變溫度較其他因素相比容易控制且易于操作、成本又低[12]，因此，智能凝膠中的溫度響應(yīng)型凝膠受到了廣泛關(guān)注[13-14]。

聚氮烷基丙烯酰胺類溫度響應(yīng)型聚合物是制備溫度響應(yīng)型凝膠最常見的一種合成型高分子。由這類聚合物制備的溫度響應(yīng)型凝膠，能根據(jù)溫度的變化實現(xiàn)其物理化學(xué)性質(zhì)的改變，當(dāng)凝膠處于室溫時，凝膠呈現(xiàn)溶脹狀態(tài)，當(dāng)溫度升高至體積相變溫度(volume phase transition temperature，VPTT)時，凝膠脫水收縮，體積變??；隨著溫度恢復(fù)到室溫時，凝膠再次吸水溶脹，恢復(fù)到初始形貌[15]。此類溫度響應(yīng)型凝膠在蛋白質(zhì)傳輸系統(tǒng)、生物分離和醫(yī)療診斷等方面有著潛在應(yīng)用[16-18]。為提高凝膠的生物相容性并擴大其應(yīng)用范圍，相關(guān)研究者將合成型溫度響應(yīng)高分子接枝到多糖分子骨架上，而后通過交聯(lián)反應(yīng)制備溫度響應(yīng)型凝膠；另一種制備多糖凝膠的方法是通過交聯(lián)劑將合成溫度響應(yīng)高分子與多糖分子相連接制備塊狀多糖基復(fù)合凝膠。后者可有效避免有毒單體及引發(fā)劑等有毒物質(zhì)的殘留問題，因此，許多新型的智能凝膠都是通過該方法制備[19]。

海藻酸鈉(sodium alginate，SA)是一種由α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸分子依據(jù)1→4鍵連接而成的天然多糖[20]。由于海藻酸鈉優(yōu)異的生物相容性、無毒性和生物降解性[21-22]，其在食品工業(yè)、細胞培養(yǎng)和傷口愈合領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[23-25]。海藻酸鈉分子骨架具有羧基和羥基等活性基團，這些基團不僅為交聯(lián)反應(yīng)的進行提供了活性位點，而且可以作為功能型官能團以實現(xiàn)凝膠的智能應(yīng)用。本課題組前期制備了一系列具有溫度響應(yīng)性能的淀粉醚，此類淀粉醚產(chǎn)品為多支鏈結(jié)構(gòu)，若與多糖復(fù)合制備凝膠材料，可制備多孔結(jié)構(gòu)的溫度響應(yīng)型凝膠。另外，多糖/多糖型復(fù)合凝膠的主體均是由多糖組成，其生物降解性和生物相容性相比于合成型高分子/多糖型復(fù)合凝膠得到了極大的提升。

本研究中，以具有結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢的海藻酸鈉和溫度響應(yīng)型淀粉(2-hydroxy-3-isopropoxypropyl starch，HIPS)為原料，以乙二醇二縮水甘油醚(ethylene glycol diglycidyl ether，EDGE)和氯化鈣(CaCl2)為交聯(lián)劑，利用共價鍵及離子鍵雙重交聯(lián)方法制備溫度響應(yīng)型淀粉/海藻酸鈉(HIPS/SA)復(fù)合凝膠，優(yōu)化其制備條件，并通過傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)表征凝膠的結(jié)構(gòu)及微觀形貌，同時研究了HIPS/SA復(fù)合凝膠的溫度響應(yīng)性能，以期為功能材料在藥物緩釋和分離工程等領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

試劑：蠟質(zhì)玉米淀粉購自國民淀粉化學(xué)股份有限公司(美國)；海藻酸鈉購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；無水氯化鈣購自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙二醇二縮水甘油醚購自東京化成工業(yè)株式會社。

儀器設(shè)備：SCIENTZ-10N超聲波清洗機(SB-120T，寧波新芝生物科技股份有限公司)；場發(fā)射高分辨率掃描電子顯微鏡(SU8010，株式會社日立制作所)；在線紅外光譜儀(Nicolet iS50，賽默飛世爾科技公司)。

1.2 方法

1.2.1 HIPS/SA復(fù)合凝膠的制備 將HIPS[異丙基縮水甘油醚(IPGE)與葡萄糖單元環(huán)(AGU)的摩爾比為2.5∶1]和海藻酸鈉溶解于去離子水中，分別制得質(zhì)量分數(shù)為6.5%的淀粉溶液和質(zhì)量分數(shù)為4.0%的海藻酸鈉溶液。在25 mL燒杯中混合2 g HIPS溶液和2 g 海藻酸鈉溶液，加入300 μL 質(zhì)量分數(shù)為40%的NaOH溶液并攪拌均勻，將混合物在冰水中超聲振蕩處理30 min。然后將270 μL EDGE和900 μL質(zhì)量分數(shù)為1%的CaCl2加入上述混合溶液中，攪拌均勻，在冰水里超聲振蕩30 min，將燒杯轉(zhuǎn)移至60 ℃的水浴中反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，去掉燒杯中的水再加入去離子水并溶脹一段時間，隨后將其在高溫下加熱，等待凝膠收縮，溶液變渾濁。再一次去掉燒杯中的水并重新加入去離子水溶脹，重復(fù)上述步驟，直至水溶液呈透明狀態(tài)，這一現(xiàn)象表明，凝膠中未反應(yīng)的小分子已基本去除。再將凝膠置于去離子水中溶脹2～3 d，在此期間反復(fù)換水，以保證達到完全去除未反應(yīng)物質(zhì)的目的。

1.2.2 不同反應(yīng)條件對HIPS/SA復(fù)合凝膠溶脹率的影響

1)單因素反應(yīng)條件優(yōu)化試驗。通過預(yù)試驗得到每個因素的較佳反應(yīng)條件后，微調(diào)反應(yīng)條件進行單因素反應(yīng)條件優(yōu)化試驗。制備HIPS/SA凝膠的反應(yīng)中，設(shè)置HIPS質(zhì)量分數(shù)為6.5%，海藻酸鈉質(zhì)量分數(shù)為4.0%，NaOH用量為300 μL，EDGE用量為300 μL，反應(yīng)溫度為55 ℃，反應(yīng)時間為3 h。以溶脹率為指標，改變其中的一個因素，其他反應(yīng)條件不變，研究該因素對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響。HIPS質(zhì)量分數(shù)分別設(shè)為5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%；海藻酸鈉質(zhì)量分數(shù)分別設(shè)為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%；NaOH用量分別設(shè)為240、270、300、330、360 μL；EDGE用量分別設(shè)為240、270、300、330、360 μL；反應(yīng)溫度分別設(shè)為45、50、55、60、65 ℃；反應(yīng)時間分別設(shè)為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h。

2)反應(yīng)條件組合優(yōu)化的正交試驗。為了優(yōu)化反應(yīng)條件，在正交試驗設(shè)計中擴大數(shù)據(jù)采集的范圍，每個因素各取5個水平，通過L25(56)正交試驗確定HIPS/SA凝膠制備的最佳反應(yīng)條件組合。

1.2.3 HIPS/SA凝膠形貌、結(jié)構(gòu)及溫度性能的表征

1)HIPS/SA凝膠形貌和結(jié)構(gòu)表征。將20 ℃時達到吸水平衡的凝膠置入冰柜中冷凍12 h；將50 ℃時體積收縮的凝膠使用液氮快速冷凍，以保證冷凍后的凝膠結(jié)構(gòu)不被破壞，隨后用冷凍干燥機將凝膠冷凍干燥。從不同溫度下保存的凝膠上取出部分凝膠樣品，在樣品表面進行噴金處理，通過掃描電鏡表征其形貌(加速電壓為10 kV)，通過傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜表征其結(jié)構(gòu)。

首先，工作人員需要強化對績效管理措施價值的關(guān)注，使更多績效管理措施的制定活動可以成熟的實現(xiàn)與業(yè)務(wù)訴求的有效結(jié)合，以此保證更多的人力資源管理方案的價值能夠在績效管理體系建設(shè)的過程中得到實現(xiàn)，為成熟的推進績效管理價值考核工作創(chuàng)造有利條件。工作人員還需要強化對績效管理工作細節(jié)的重視，使更多與績效考核業(yè)務(wù)體系建設(shè)相關(guān)的活動都可以足夠成熟的適應(yīng)績效管理體系建設(shè)的實際要求，為現(xiàn)有的工作提供有利保障。的工作者還必須有效的結(jié)合績效管理體系建設(shè)的實際需要，對現(xiàn)有工作人員進行績效管控措施的合理處置，使更多與發(fā)展訴求相關(guān)的活動能夠為績效管理體系建設(shè)工作的推進提供支持。

2)HIPS/SA凝膠溫度響應(yīng)性能表征。采用質(zhì)量法研究HIPS/SA凝膠的溶脹行為，將0.15 g的干燥凝膠置于0～50 ℃的去離子水中，加熱速率為2.5 ℃/h，以保證凝膠達到溶脹平衡。將平衡溶脹率曲線斜率變化顯著點的溫度視為VPTT。凝膠的平衡溶脹率(RES)計算公式為

RES=(Ws-Wd)/Wd。

(1)

其中：Ws為在某一溫度下達到溶脹平衡的凝膠質(zhì)量(g)；Wd為干燥凝膠質(zhì)量(g)。

凝膠在給定溫度下達到溶脹平衡后，用濕濾紙擦去凝膠表面的水分并稱取凝膠質(zhì)量。凝膠的溶脹率(RS)計算公式為

RS=(Wt-Wd)/Wd。

(2)

其中：Wt為凝膠在t(min)時刻的質(zhì)量(g)；Wd為干燥凝膠的質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 HIPS/SA凝膠的制備

在堿性條件下，將EDGE和CaCl2溶液與交聯(lián)劑混合制備HIPS/SA凝膠的反應(yīng)流程如圖1所示，其過程是HIPS通過EDGE化學(xué)交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，海藻酸鈉通過CaCl2溶液離子交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互相貫穿形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終制備成HIPS/SA凝膠。

圖1 HIPS/SA凝膠的反應(yīng)過程Fig.1 Process to prepare HIPS/SA composite hydrogel

2.2 HIPS/SA凝膠的結(jié)構(gòu)表征

圖2 SA、HIPS和HIPS/SA凝膠的紅外光譜Fig.2 FT-IR spectra of SA，HIPS and HIPS/SA hydrogel

2.3 不同反應(yīng)條件對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響

2.3.1 HIPS質(zhì)量分數(shù)對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響 從圖3(a)可知，隨著HIPS質(zhì)量分數(shù)的增加，HIPS/SA凝膠的溶脹率呈不斷上升趨勢，并在HIPS質(zhì)量分數(shù)達到6.5%時，HIPS/SA凝膠的溶脹率達到最大值(43.45)，之后，隨著HIPS質(zhì)量分數(shù)的繼續(xù)增加，凝膠的溶脹率開始逐漸下降。這是因為在HIPS質(zhì)量分數(shù)達到6.5%前，隨著HIPS質(zhì)量分數(shù)的增加，交聯(lián)反應(yīng)的羥基數(shù)目越多，越易于形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成利于吸水的孔結(jié)構(gòu)。但隨著HIPS質(zhì)量分數(shù)的進一步增加，交聯(lián)密度過大，凝膠的吸水能力降低，最終導(dǎo)致凝膠的溶脹率下降。因此，本試驗條件下，制備HIPS/SA凝膠的最佳HIPS質(zhì)量分數(shù)為6.5%。

圖3 淀粉、海藻酸鈉質(zhì)量分數(shù)對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響Fig.3 Effects of concentration of HIPS and SA aqueous solution on swelling ratio

2.3.3 堿用量對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響 從圖4(a)可知，隨著NaOH用量從240 μL逐漸增加至330 μL，凝膠的溶脹率呈不斷上升的趨勢，并在NaOH用量為300～330 μL時，凝膠的溶脹率達到43.35～43.69，之后，隨著堿用量的繼續(xù)增加，凝膠的溶脹率開始下降。這是因為隨著堿用量增加，在NaOH的催化下，HIPS和海藻酸鈉表面的氧負離子增多，有利于反應(yīng)的進行，能促進凝膠的形成，提高凝膠的溶脹率。但隨著堿用量的繼續(xù)增加，過量的堿會使EDGE發(fā)生開環(huán)副反應(yīng)，凝膠的交聯(lián)密度降低，導(dǎo)致凝膠的溶脹率下降。因此，本試驗條件下，制備HIPS/SA凝膠的最佳堿用量為300～330 μL。

2.3.4 EDGE用量對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響

從圖4(b)可見，隨著EDGE用量從240 μL逐漸增加到300 μL，凝膠的溶脹率逐漸增加，并在300 μL時達到最大值(44.10)。這主要是因為交聯(lián)劑EDGE用量的增加，單位體積內(nèi)的EDGE分布也增多，因此，更容易形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。但隨著交聯(lián)劑量進一步增加，交聯(lián)密度過大，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過于致密，凝膠孔道數(shù)量增多，孔徑變小，導(dǎo)致凝膠溶脹率下降。添加過量交聯(lián)劑制得的凝膠，硬度更高，彈性更大，凝膠網(wǎng)絡(luò)也變得更加緊密。因此，本試驗條件下，制備HIPS/SA凝膠的最佳EDGE用量為300 μL。

圖4 NaOH、EDGE用量對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響Fig.4 Effects of amounts of NaOH and EDGE on swelling ratio

2.3.5 反應(yīng)溫度對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響 從圖5(a)可見，隨著溫度的逐漸增加，凝膠的溶脹率也呈不斷上升的趨勢，并在溫度達到55 ℃時，溶脹率達到最大值(43.97)，之后，隨著溫度的持續(xù)升高，凝膠的溶脹率出現(xiàn)下降趨勢。這是因為溫度增加，促進了HIPS和海藻酸鈉交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，凝膠的網(wǎng)絡(luò)密度逐漸增加，保水性能得以增加，因此，凝膠的溶脹率逐漸增加。但隨著溫度的繼續(xù)增加，凝膠的網(wǎng)絡(luò)密度進一步增加，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得十分緊密，且在高溫下海藻酸鈉有降解的可能，影響凝膠的吸水性能，導(dǎo)致凝膠的溶脹率下降。因此，本試驗條件下，制備HIPS/SA凝膠的最佳反應(yīng)溫度為55 ℃。

圖5 反應(yīng)溫度和時間對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響Fig.5 Effects of reaction temperature and reaction time on swelling ratio

2.3.6 反應(yīng)時間對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響 從圖5(b)可見，隨著反應(yīng)時間延長，凝膠的溶脹率呈先增加后平穩(wěn)的變化趨勢，在反應(yīng)3 h時，凝膠的溶脹率達到最大值(43.69)。分析原因主要是隨著反應(yīng)時間的延長，更多的HIPS和海藻酸鈉參與到反應(yīng)中，凝膠的交聯(lián)密度逐漸增加，溶脹率逐漸增加，隨著反應(yīng)時間的推移，反應(yīng)逐漸達到平衡，凝膠溶脹率基本無變化。因此，本試驗條件下，制備HIPS/SA凝膠的最佳反應(yīng)時間為3 h。

2.3.7 反應(yīng)條件組合對HIPS/SA凝膠溶脹率影響的正交試驗 為了確定HIPS/SA凝膠制備的最佳反應(yīng)條件組合，以溶脹率為指標，設(shè)計了HIPS質(zhì)量分數(shù)、海藻酸鈉質(zhì)量分數(shù)、NaOH用量、EDGE用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間的6因素5水平L25(56)的正交試驗，正交試驗因素水平設(shè)計如表1所示，試驗結(jié)果如表2所示。

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Factor and level table of orthogonal test

從表2可見，各反應(yīng)條件對HIPS/SA凝膠溶脹率的影響因素依次為反應(yīng)溫度>反應(yīng)時間>NaOH用量>HIPS質(zhì)量分數(shù)>海藻酸鈉質(zhì)量分數(shù)>EDGE用量，正交試驗的最佳試驗組合為A4B4C3D3E3F3，即制備HIPS/SA凝膠的最佳條件為質(zhì)量分數(shù)6.5%的HIPS 2 g、質(zhì)量分數(shù)4.5%的海藻酸鈉 2 g、NaOH用量300 μL、EDGE用量300 μL、反應(yīng)溫度55 ℃和反應(yīng)時間3 h。在此最佳條件下進行驗證試驗，凝膠溶脹率可以達到44.20。方差分析顯示，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間均極顯著影響HIPS/SA復(fù)合凝膠的溶脹率(P<0.01)(表3)。

表2 正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果Tab.2 Design and results of orthogonal test

表3 正交試驗結(jié)果的方差分析Tab.3 Variance analysis of orthogonal test result

2.4 HIPS/SA凝膠的溫度響應(yīng)性能

圖6A和圖6B中的小圖(數(shù)碼圖像)分別為HIPS/SA凝膠在20、50 ℃時收縮的圖片。HIPS/SA凝膠表現(xiàn)出典型的溫度響應(yīng)特性，HIPS/SA凝膠的體積隨溫度升高發(fā)生了顯著變化。為研究HIPS/SA凝膠在20、50 ℃下溶脹和收縮狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)差異，拍攝了HIPS/SA凝膠在20、50 ℃下的SEM圖像。在20 ℃時，凝膠呈現(xiàn)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖6A)；在50 ℃時，凝膠孔洞收縮，凝膠表面變得相對光滑(圖6B)。

圖6 HIPS/SA凝膠在20 ℃(A)、50 ℃(B)的掃描電鏡圖片和凝膠圖像Fig.6 SEM images and photographs of HIPS/SA hydrogel at 20 ℃(A) and 50 ℃(B)

圖7為HIPS/SA凝膠的VPTT曲線，HIPS/SA凝膠呈現(xiàn)明顯的溫度響應(yīng)性能。隨著溫度升高，HIPS/SA凝膠的溶脹率緩慢下降，且在溫度為20～35 ℃時下降幅度最大；溫度較低時，HIPS/SA凝膠呈高度吸水溶脹狀態(tài)，當(dāng)溫度超過35 ℃時，凝膠呈收縮狀態(tài)，溶脹率顯著降低；圖中的拐點對應(yīng)溫度為34.9 ℃，即為HIPS/SA凝膠的VPTT。

圖7 HIPS/SA凝膠的體積相轉(zhuǎn)變溫度曲線Fig.7 VPTT curves of HIPS/SA hydrogel

3 討論

3.1 HIPS/SA復(fù)合凝膠原材料的結(jié)構(gòu)和資源優(yōu)勢

本研究中，選用天然生物質(zhì)資源海藻酸鈉和淀粉為主要原料,它們都是具有良好生物降解性、生物相容性的天然多糖，且無毒、易獲取。淀粉分子鏈上含有活性較強的羥基，海藻酸鈉分子結(jié)構(gòu)中同樣具有活性羥基和羧基，這些多糖中的活性基團為凝膠材料的合成提供了充足的活性位點，同時也為凝膠提供了有針對性的應(yīng)用[23-26]。如羧基對金屬離子具有良好的螯合性能，可作為金屬離子的吸附位點；羥基能夠提高多糖的水溶性，且可作為醚化和酯化反應(yīng)的活性位點。本研究中，選用蠟質(zhì)玉米淀粉為多支鏈結(jié)構(gòu)，有利于制備多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠材料。

3.2 HIPS/SA復(fù)合凝膠的原料組成和制備條件

目前，凝膠的應(yīng)用主要集中在生物制藥和食品工業(yè)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域要求凝膠必須具有優(yōu)異的生物相容性和生物降解性。然而，大多數(shù)凝膠是由石油基聚合物或單體制備，且反應(yīng)條件較為苛刻，甚至需要高溫、高壓的反應(yīng)條件。在這類凝膠的制備過程中，常使用有毒性的交聯(lián)劑和單體，進而會增加凝膠的使用風(fēng)險，縮小應(yīng)用范圍。本研究中，制備的HIPS/SA復(fù)合凝膠的原料主要由多糖(海藻酸鈉和淀粉)、交聯(lián)劑(乙二醇二縮水甘油醚和氯化鈣)、催化劑(低含量氫氧化鈉)組成，所有組分對生物和環(huán)境的潛在危害是極小的，特別是乙二醇二縮水甘油醚，它是一種對稱型交聯(lián)劑，由于其具有無毒、反應(yīng)活性較強的優(yōu)勢，常作為生物醫(yī)藥凝膠的交聯(lián)劑，上述制備凝膠所用原料可極大地提高凝膠的生物相容性，拓寬凝膠的應(yīng)用范圍。因此，制備HIPS/SA復(fù)合凝膠的原料組成具有較為明顯的優(yōu)勢。

石油基類的凝膠通常在較高溫度下的有機溶劑中進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)條件苛刻，同時產(chǎn)物也存在有機溶劑殘留等問題。而在本研究中，以水作為溶劑，在55 ℃下反應(yīng)3 h即可得到HIPS/SA復(fù)合凝膠產(chǎn)品，且HIPS/SA復(fù)合凝膠是通過溫和的威廉遜(Williamson)醚化反應(yīng)及鈣離子的絡(luò)合交聯(lián)反應(yīng)制備而成。選用乙二醇二縮水甘油醚和氯化鈣作為混合交聯(lián)劑，利用多糖與乙二醇二縮水甘油醚形成的共價鍵及與氯化鈣形成配位鍵的雙重交聯(lián)方式制備多孔互穿網(wǎng)絡(luò)的凝膠，相比于單一的離子鍵和共價鍵交聯(lián)，這種多重交聯(lián)方式使凝膠的溫度響應(yīng)性能更加優(yōu)異，更容易形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.3 HIPS/SA復(fù)合凝膠的溫度響應(yīng)性能

溫度響應(yīng)型凝膠是一類受到溫度變化刺激后，其體積會發(fā)生明顯變化的凝膠。從宏觀角度來看，本研究中制備的HIPS/SA凝膠的溫度響應(yīng)性能，具體表現(xiàn)在其體積隨溫度而變化；從微觀角度來看，凝膠的多孔結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而發(fā)生改變。體積相轉(zhuǎn)變溫度是衡量凝膠是否具有溫度響應(yīng)性能的重要參數(shù)，當(dāng)溫度低于體積相轉(zhuǎn)變溫度時，HIPS和海藻酸鈉分子鏈上的羥基和羧基與水分子形成氫鍵，進而將大量的水分子鎖在凝膠的多孔結(jié)構(gòu)中；當(dāng)溫度高于體積相轉(zhuǎn)變溫度后，水分子與凝膠骨架間的氫鍵作用力減弱，部分水分子從凝膠骨架中脫除。相比其他合成聚合物型的溫度響應(yīng)凝膠，HIPS/SA凝膠不僅具有溫度響應(yīng)性能，而且還具有優(yōu)異的生物相容性和生物降解性。因此，HIPS/SA凝膠在生物體內(nèi)的藥物控釋領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力，即在溫度低于體積相轉(zhuǎn)變溫度時可裝載藥物，環(huán)境溫度高于VPTT體積相轉(zhuǎn)變溫度時可實現(xiàn)藥物的釋放。

4 結(jié)論

1)本研究中得到制備HIPS/SA復(fù)合凝膠的最佳反應(yīng)條件為質(zhì)量分數(shù)6.5%的HIPS 2 g、質(zhì)量分數(shù)4.5%的海藻酸鈉2 g、NaOH用量300 μL、EDGE用量300 μL、反應(yīng)溫度55 ℃和反應(yīng)時間3 h，其反應(yīng)底物具有經(jīng)濟、無毒、活性高的優(yōu)勢，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)容易發(fā)生。

2)本研究中制備的HIPS/SA復(fù)合凝膠，當(dāng)溫度低于復(fù)合凝膠的體積相轉(zhuǎn)變溫度VPTT時，凝膠呈溶脹狀態(tài)，并呈現(xiàn)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；溫度升高至VPTT(34.9 ℃)時，凝膠的溶脹率急劇下降，凝膠孔洞收縮。復(fù)合凝膠的體積和微觀形貌隨溫度的改變呈現(xiàn)出較為明顯的溫度響應(yīng)行為，表明HIPS/SA復(fù)合凝膠具有優(yōu)異的溫度響應(yīng)性能。