BC增强PEGS复合水凝胶的制备及其性能研究开题报告

细菌纤维素是由细菌新陈代谢的胞外形成的天然产物，其具有特殊的高纯度、高结晶度、较大的机械强度、高保水值、无毒性和生物相容性，从而使它在多领域有广泛用途，如生物医药与组织工程、食品和功能材料。近年来BC以其优良的生物相容性被用于皮肤敷料、人造血管等，但是BC锁水性能差，通过掺入高分子聚合物形成双交联网络将改变BC的结晶和力学性能^[1]。

细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元, 但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。

①细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)；

②超精细网状结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；

③细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；

④细菌纤维素有很强的持水能力 (water retentionvalues, WRV)。未经干燥的细菌纤维素的WRV值高达1000% 以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%。经100℃干燥后的细菌纤维素在水中的再溶胀能力与棉短绒相当；

⑤细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性；

⑥细菌纤维素生物合成时的可调控性。

采用不同的培养方法，如静态培养和动态培养，利用醋酸菌可以得到不同高级结构的纤维素^[2]。调节培养条件，也可得到化学性质有差异的细菌纤维素。例如，在培养液中加入水溶性高分子如羧甲基纤维素、半纤维素、壳聚糖、荧光染料以及葡聚糖内切酶等可获得不同微结构和聚集行为的纤维，而羧甲基纤维素或羧甲基甲壳素的导入使细菌纤维素具有了吸收和交换金属离子的特性^[3]。此外，改变不同葡萄糖衍生物碳源，可控制微纤维的纳米尺寸。运用不同的模型，可形成各种形状的功能材料。

2.水凝胶

水凝胶是一种具有三维网络或互穿网络结构的高分子聚合物，含有亲水性基团但自身不溶于水。它能感知外界的刺激（温度、pH值、电场、压力等）并发生相应反应，进行溶胀和消溶胀^[4]。同时，水凝胶具有良好的生物相容性、水渗透性，而且通过人工可以合成不同微观结构和性能的水凝胶材料，这些性质使水凝胶在生物医学领域获得了广泛的应用^[5]。

水凝胶的制备方法很多，常用的制备方法主要有化学引发^[6]、辐射引发^[7]、等离子体引发^[8]等。

3.水凝胶在生物医学工程中的应用

据文献记载，Wichterle和Lim再1954年首次合成水凝胶材料^[8]，使得水凝胶技术用于卫生保健产品、农业、药物载体系统、食品添加剂，生物医学应用组织工程、诊断学、伤口敷料、屏障材料来调节生物粘连和生物感应器^[9-10]。

1.利用高分子聚乙二醇木糖醇癸二酸共聚物（PEXS）与BC结合形成双交联网络复合水凝胶得到高弹性高强度水凝胶。

2.通过控制聚合物与BC的比例，测试水凝胶的溶胀比，傅里叶红外光谱以及扫描电镜观察复合水凝胶的结构形态和成分，通过拉伸测试分析其机械性能。

技术方案

1.PEXS的制备和表征：

1.1PEXS制备

将聚乙二醇和癸二酸至双口烧瓶中；抽真空充氮气两次，保持充氮气状态，打开油浴锅，设置温度为130℃，调整搅拌子转速适中，充氮气反应2h，关闭氮气罐，还有一些余气继续通入装置，等待降温；关闭油浴锅，将双口烧瓶从油浴锅取出，待其降温，拆下双口烧瓶，用铝箔盖住口，并扎上小孔，放入真空干燥箱中，抽真空反应24h；等待反应体系降温之后，加入木糖醇，同上充氮气反应4h，再将双口烧瓶转移到真空加热干燥箱中，抽真空，设置温度为130℃反应48h。合成PEXS预聚物。

再将预聚物提纯，用二氯甲烷除水后酰基化，酰基化产物进行提纯、干燥和纯化。最后用光聚合的方法合成PEG-co-PXS。

1.2化学表征

使用凝胶渗透色谱法( GPC，Waters，Milford，MA )测定PEXS和PEG-co-PXS聚合物的预聚物的分子量。将样品溶解在四氢呋喃(THF)(0.5%w/v )中，以1 mL/min的流速注入。校准使用聚苯乙烯标准品。使用Alpha Bruker光谱仪记录样品的傅里叶变换红外( FTIR )光谱。为每个样品收集4 cm-1分辨率的48次扫描的平均值。分析了热固化前后PEXS和PEG-co - PXS共聚物的FTIR光谱。PEXS和PEG-co-PXS聚合物的预聚物样品也使用核磁共振( H NMR )光谱( Varian Inova 500 )进行分析。将预聚物样品溶解在氯化镉中，并在500 MHz记录光谱。使用ACDLABS/1D NMR软件对所得数据进行处理和分析。

2.BC膜

用（HS）培养基培养细菌，先在摇床（30度）中培养一天后，置于烘箱（30度）中培养成膜。取出用Milli-Q冲洗，置于Milli-Q中加热至90度再保温加热2h，继续取出Milli-Q冲洗，再置于0.5mol/l的NaOH溶液加热至沸腾，持续15min。取出用Milli-Q冲洗后再放置于Milli-Q中，每天换水至pH中性。然后冻干球磨粉碎以不同比例加入PEXS预聚物。

3.检测分析

采用导电测试仪、FT-IR和万能试验机对材料的形貌、力学性能等进行检测分析。