基于天然高分子的電場(chǎng)敏感水凝膠.pdf

1、電場(chǎng)敏感水凝膠是一類在電刺激下可以溶脹、收縮或彎曲的智能性水凝膠,其主要特點(diǎn)是可以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,因此在機(jī)器人、傳感器、可控藥物釋放、人工肌肉等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。但是,目前制備電場(chǎng)敏感水凝膠的材料大多數(shù)包含合成高分子,由于合成高分子的生物相容性差和可能存在的毒性,限制了電場(chǎng)敏感水凝膠在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。此外,已見報(bào)道的電場(chǎng)敏感水凝膠大多數(shù)是聚陰離子或聚陽離子,只帶有一種電荷,因此只能在某一特定的pH值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出電場(chǎng)響應(yīng)性

2、,這也限制了電場(chǎng)敏感水凝膠可適用的pH值范圍。
　　 為了克服以上所述的局限性,擴(kuò)大電場(chǎng)敏感水凝膠的應(yīng)用范圍,本論文采用天然高分子材料制備了四種不同的天然兩性荷電水凝膠,分別是殼聚糖/羧甲基纖維素水凝膠、殼聚糖/羧甲基殼聚糖水凝膠、大豆分離蛋白水凝膠和絲素蛋白水凝膠。一方面,天然高分子的無毒性和良好的生物相容性為這些電場(chǎng)敏感水凝膠在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能性;另一方面,兩性荷電水凝膠綜合了聚陽離子和聚陰離子的特點(diǎn),在較寬的p

3、H值范圍內(nèi)都具有電場(chǎng)響應(yīng)性,并且彎曲方向隨電解質(zhì)溶液pH值的變化而變化。
　　 對(duì)于殼聚糖/羧甲基纖維素和殼聚糖/羧甲基殼聚糖水凝膠,在pH＜7的緩沖溶液中,殼聚糖上的氨基(-NH2)質(zhì)子化為-NH3+,水凝膠具有聚陽離子的性質(zhì),因此它在電場(chǎng)的作用下彎向陽極;在pH＞7的緩沖溶液中,羧甲基纖維素或羧甲基殼聚糖上的羧基(-COOH)離子化為-COO-,水凝膠變?yōu)榫坳庪x子,在電場(chǎng)的作用下彎向陰極。除溶液的pH值外,溶液的離子強(qiáng)度、施

4、加電壓的大小、水凝膠膜的厚度以及交聯(lián)劑的用量都會(huì)影響水凝膠的電場(chǎng)響應(yīng)性。通過調(diào)節(jié)以上參數(shù),我們發(fā)現(xiàn)在pH=6,離子強(qiáng)度為0.2M的緩沖溶液中,15V的電壓下,水凝膠的平衡彎曲角度可達(dá)90°。此外,我們還發(fā)現(xiàn)施加的電壓越大,水凝膠膜的厚度越薄,其平衡彎曲角度越大;適量的交聯(lián)劑可以增加水凝膠膜的力學(xué)性能,并且對(duì)其彎曲行為也有一定的影響。
　　 對(duì)于大豆分離蛋白和絲素蛋白水凝膠,由于二者本身是聚兩性電解質(zhì),在pH值低于它們等電點(diǎn)的溶液

5、中,水凝膠帶有正電荷,在電場(chǎng)的作用下彎向陽極;在pH值高于它們等電點(diǎn)的溶液中,水凝膠帶有負(fù)電荷,在電場(chǎng)的作用下彎向陰極。由于大豆分離蛋白中含有較多的酸性和堿性氨基酸殘基,因此它比絲素蛋白水凝膠具有更好的電場(chǎng)響應(yīng)性。
　　 總之,本論文中制備的四種天然兩性荷電水凝膠都能在電場(chǎng)中彎曲,并且在一定的實(shí)驗(yàn)條件下,它們的彎曲角度、彎曲速度以及力學(xué)性能有所不同,這種多樣性擴(kuò)大了電場(chǎng)敏感水凝膠的應(yīng)用范圍,在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體要求來選擇最適