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葡聚糖基双刺激响应型纳米水凝胶的制备与研究

作　者: 刘硕琦
导　师: 张凤宝
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 双刺激响应性纳米水凝胶接枝聚合物葡聚糖
分类号: O648.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

纳米水凝胶作为一种新型纳米材料,同时具备纳米颗粒和水凝胶的性质。其中刺激响应型纳米水凝胶随着环境的微小变化,吸水量也发生变化,因此又称为智能纳米凝胶。通过设计选用不同的聚合物,可以实现水凝胶对温度、pH值、离子强度、光、电场等外界刺激的响应。为了使纳米水凝胶能够应用到更多领域,如体内诊断、药物控释、化学分离、化学和生物传感器、光学材料等,需要合成更加复杂的聚合物来获得先进的多功能纳米材料。本文以合成一种新型的智能纳米凝胶为目的,主要展开了以下几个方面的工作:以亲水性多糖葡聚糖(Dextran)作为基质,利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)自由基聚合法将异丙基丙烯酰胺聚合接枝到葡聚糖上,并用红外光谱和液体核磁共振光谱确认接枝聚合物的化学结构;用动态光散射仪和扫描电镜表征常温下接枝聚合物在水溶液中自组装为纳米水凝胶的行为;用紫外可见分光光度计、液体核磁共振光谱研究纳米水凝胶的相转变行为;通过对接枝聚合物进一步修饰,制备出同时具有温度刺激响应性和氧化还原刺激响应性的纳米水凝胶,并用紫外可见分光光度计、动态光散射仪研究纳米水凝胶的双刺激响应性。结果表明,成功制备了接枝聚异丙基丙烯酰胺链的聚合物,聚异丙基丙烯酰胺链长度可由加入反应的异丙基丙烯酰胺单体摩尔量控制;接枝聚合物在水溶液中通过疏水性支链的交联自组装成纳米水凝胶,当温度升高到纳米水凝胶的临界相转变温度时,聚合物支链疏水性增强,纳米水凝胶中的交联加强,使得纳米水凝胶粒径变小;纳米水凝胶的相转变行为受接枝的聚异丙基丙烯酰胺链长度、溶液浓度影响,相变灵敏度随聚异丙基丙烯酰胺链长度、聚合物浓度的增加而增加,并且纳米水凝胶的临界相转变温度在一定的范围内与链长度、溶液浓度相关;利用RAFT反应的特性,制备出具有双刺激响应性的纳米水凝胶,该纳米水凝胶同时含有非共价键和共价键的交联,可以分别利用物理手段(温度)和化学手段(还原剂)控制纳米凝胶的交联和分解行为即纳米水凝胶具有灵敏的温度刺激响应性及氧化还原刺激响应性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章文献综述  7-21
  1.1 水凝胶  7-9
    1.1.1 水凝胶的定义  7
    1.1.2 水凝胶的分类  7-8
    1.1.3 水凝胶的溶胀性能  8-9
  1.2 纳米水凝胶  9-10
  1.3 刺激响应型聚合物  10-11
    1.3.1 温度响应型聚合物  10
    1.3.2 pH 响应型聚合物  10-11
    1.3.3 氧化还原响应型聚合物  11
  1.4 活性自由基聚合用于嵌段（接枝）聚合物的制备  11-14
    1.4.1 引发转移终止剂活性自由基聚合（iniferter）  11-12
    1.4.2 稳定自由基聚合（SFRP）  12
    1.4.3 原子转移自由基聚合（ATRP）  12-13
    1.4.4 可逆加成—断裂链转移（RAFT）自由基聚合  13-14
  1.5 纳米水凝胶的制备  14-17
    1.5.1 乳液（沉淀）聚合法  14-15
    1.5.2 核壳结构材料  15-16
    1.5.3 嵌段（接枝）聚合物微粒  16
    1.5.4 纳米水凝胶后聚合修饰  16-17
  1.6 纳米水凝胶的应用与研究进展.  17-19
    1.6.1 药物释放和基因传递.  17-18
    1.6.2 封装和微反应器  18
    1.6.3 分析应用  18-19
    1.6.4 生物材料  19
  1.7 本文工作  19-21
第二章葡聚糖基纳米水凝胶的制备与表征  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 实验材料和仪器  21-23
  2.3 纳米水凝胶的制备  23-25
    2.3.1 链引发剂（CTA）的制备  23
    2.3.2 STS 接枝葡聚糖  23-24
    2.3.3 接枝聚合异丙基丙烯酰胺  24-25
  2.4 结构表征.  25
  2.5 纳米水凝胶的形貌表征  25-26
  2.6 小结  26-27
第三章葡聚糖基纳米水凝胶相转变行为的研究  27-43
  3.1 引言  27-28
  3.2 化学结构表征  28-31
    3.2.1 傅立叶红外光谱分析（FTIR）  28-29
    3.2.2 核磁共振光谱定性和定量分析（1H NMR）  29-31
  3.3 接枝聚合物自组装成纳米水凝胶的研究  31-34
    3.3.1 水相自组装行为研究（DLS）  32-34
    3.3.2 固态形貌分析（SEM）  34
  3.4 相转变行为及机理研究  34-41
    3.4.1 相转变行为研究（UV-Vis）  35-40
    3.4.2 相转变机理研究（1H NMR）  40-41
  3.5 小结  41-43
第四章葡聚糖基纳米水凝胶双刺激响应性的研究  43-49
  4.1 引言  43
  4.2 接枝聚合物的修饰  43-44
  4.3 纳米水凝胶双刺激响应性的研究  44-48
    4.3.1 二硫键偶联对纳米水凝胶温度刺激响应性的影响  45-46
    4.3.2 纳米水凝胶网状结构的分解研究(DLS)  46-48
  4.4 小结  48-49
第五章结论与展望  49-51
  5.1 结论  49-50
  5.2 展望  50-51
参考文献  51-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57

葡聚糖基双刺激响应型纳米水凝胶的制备与研究

内容摘要

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