丝素蛋白纤维聚n异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能研究

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1、摘要聚N．异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶是一种近期研究较为广泛的温度敏感性智能材料，其低临界溶解温度(LCST)为32。C左右，当温度低于32℃时，PNIPAAm分子链呈亲水结构，水凝胶吸水溶胀，当温度高于32℃时，PNIPAAm分子链由亲水结构转变成疏水结构，并且疏水基团发生缔合，导致水分子被排出，水凝胶体积迅速收缩减小，基于这个特点，PNIPAAm水凝胶受到极大地关注并应用在许多领域。传统PNIPAAm水凝胶力学性能差，易破碎，而且收缩时容易形成表皮层，导致响应速率变慢，因此PNIPAAm水凝胶在实际应用中存在一定局限性。近期不断涌现关于改善PNIPAAm水凝胶力学性

2、能及提高对温度的响应速率方面的报道。本文试图利用丝素蛋白纤维改善传统PNIPAAm水凝胶上达缺陷，即以丝素蛋白纤维为添加材料，制备了丝素蛋白纤维／聚N．异丙基丙烯酰胺复合水凝胶，考察丝素蛋白纤维的分散效果和复合水凝胶力学性能，研究复合水凝胶温度响应及反复溶胀／收缩性能，还评价了其对醋酸氯己定的控释效果。结果表明，无论是增加丝素蛋白纤维的长度或添加量，都会使其在复合水凝胶中分散效果变差，但复合水凝胶的力学性能随着丝素蛋白纤维长度和添加量的增加而得以改善。由于长度为2ram的丝素蛋白纤维分散效果较好，因此本文重点研究了长度为2mm的丝素蛋白纤维对PNIPAAm水凝胶溶胀和温度响应性能

3、的影响。溶胀初期，复合水凝胶中丝素蛋白纤维含量越高，溶胀速率越快。收缩实验中，由于处在复合水凝胶表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间形成空隙，类似人体皮肤毛孔结构，当体系收缩时可以作为输水通道有利于水分子的排出，因此提高了复合水凝胶对温度的响应速率，但当丝素蛋白纤维含量增加时，处在体系内部的纤维对体系收缩起到物理限制作用，因此收缩速率有所减缓。反复溶胀／收缩实验中，这种输水通道也起到至关重要的作用，丝素蛋白纤维含量越高，反复溶胀／收缩重现性好，持水率变化幅度大。此外，药物控释实验中，复合水凝胶在37℃时，醋酸氯己定释放量要大于20℃时，丝素蛋白纤维含量为0．5％时，药物的释放性能更优。

4、综上所述，丝素蛋白纤维不仅改善PNIPAAm水凝胶的力学性能，而且提高了对温度的响应速率，使复合水凝胶具备开发成新型生物医用材料的潜力。关键字：聚N．异丙基丙烯酰胺；丝素蛋白纤维；力学性能；响应速度；医用材料AbstractPoly(N—isopropylacrylamide)hydrogelisthemostwidelystudiedtemperature—responsivehydrogelassmartmaterial，itslowercriticalsolutiontemperature(LCST)atarangeof32*(2．Belowthistemperature，

5、thePNIPAAmchainishydrophilicandwellswolleninaqueousmedia．Whileabovethistemperature，thehydrophilic／hydrophobicbalanceofPNIPAAmpolymericchainshiftstoahydrophobicnatureandformsahydrophobieaggregation．Asaresult，thewaterflowsandthevolumecollapses．WhileInviewoftemperature-sensitiveproperty,PNIPAAmh

6、ydrogelhasattractedconsiderableattentionandbeenusedextensivelyatmanyfields．ConcerningthehomogeneousPNIPAAmhydrogel，itslimitationsinpracticalapplicationlikepoormechanicalproperty,slowresponseratebecauseoftheformationofskinfilmduringdesweUingprocess．Therefore，recentresearchfocusedonimprovemento

7、fthemechanicalpropertyandresponserate．Inthisstudy,todealwiththeselimitations，anovelcompositepolyfN-isopropylacrylamide)hydrogelwaspreparedbyradicalpolymerizationviausingfibroinfiberasfillingmaterial．Thedispersioneffectoffibroinfiberandmechani