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高强度水凝胶的制备及其性能研究

Synthesisandcharacterizationofhighstrengthwell--definedhydrogels

AThesisSubmittedto

SoutheastUniversity

FortheMaterialsofChemistryandPhysics

ByJiXiao.xiaSupervisedbyProf.FuGuo-dong

SchoolofChemistryandChemicalEngineering

SoutheastUniversity

May2010明』!IflitIIIIIfIrrIllllrlf

Y176064§

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育结构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

研究生签名:东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。

研究生签名:雌导师签名:叠鲎盘日期:冽翌:上二孑摘要摘要水凝胶由于具有良好的吸水、保水及生物相容性等优良性能,在农业、工业、生物医药等领域具有,“阔的应用前景而倍受人们关注。与普通水凝胶相比,网络状水凝胶具有较快的溶胀速率和良好的机械性能,成为当前研究的热点。聚谷氨酸(PGA)类材料是一种无毒、可完全降解的聚合高分子材料,不仅具有较好的化学惰性、易加-T性,而且还具有良好的生物相容性,在生物医学领域受剑广泛重视。聚乙二醇(PEG)具有良好的亲水性和生物相容性,能够抗蛋白质吸附,是一种优良的生物医学材料。但二者各有其局限性:聚谷氨酸类材料是疏水性物质,降低了其生物相容性:而聚乙二醇的降解性较差。为了使两者在性能上互补,以获得性能更加优异的生物医学材料,人们通过各种手段将聚谷氨酸类材料与PEG复合。本文选用谷氨酸以及聚乙二醇这两种最普遍的物质为基础原料,制备了两种结构规整的网络状的水凝胶:以PEG酯化物为主链、活化了的PEG为侧链的网络状水凝胶;以PGA酯化物为主链、活化了的PEG为侧链的网络状水凝胶。PEG.PEG网络状水凝胶合成的关键是合成具有4个端基炔.PEG的衍生物,然后利用点击化学的方法将其与PEG(N3)2反应得到水凝胶。PGA.PEG网络状结构的水凝胶合成的关键是合成侧链具有炔基的聚谷氨酸,然后利用点击化学的方法将其与PEG(N3)2反应得到水凝胶。研究过程中利用DSC,FTolR,SEM等分析技术对所得凝胶进行表征,研究了网络水凝胶性能(吸水、保水性、拉伸强度等)的影响冈素,并对这类水凝胶的药物释放性能进行了初步研究。研究结果表明,通过改变水凝胶骨架上聚合物衍生物(PEG以及聚谷氨酸)的分子量以及合成原料时的配比,可以改变水凝胶的各项性质,并使其成为一种具有优良性能和应用前景的生物材料。

关键词:水凝胶;聚谷氨酸材料:聚乙二醇;高强度clinicalapplicationsare

sometimesinterferedwithhydrophobieproperty,whichcoulddecreasethe

biocompatibility.PEGisalsoallexcellentbiomaterialwithhydrophilicability,biocompatibilityandresistibilitytoproteinadsorptionandcelladhesion.PGAderivativesareusuallymodifiedby

PEGto

get

abettermaterialwhichcouldcombinetheadvantagesofPGAandPEG.

Inthispaper,twokindsofhydrogelsWaspreparedbyclickreactionwithPEGandPGAastheraw

materials.Four-alkynylgroupsendedPEGWaspreppedusingPEG、Diethylmalonateandpropargylbromideybythereactionofhydrolysisandesterification.ThePoly(T-propargyl—L—glutamate)Was

preparedfromPoly(L-glutamicacid)(PGA)inthepresenccofpropargyl

alcoholbyesterification

reactionwiththecatalysis

ofH2S04.Furthermore,aseriesofPEG—PEGandPGA-PEGhydrogelfilms

wereformedbyclickreaction.

ThestructuresandpropertiesofPGAderivativeandPEGderivativewerecharacterizedby

IR,

SEM,1HNMRandSOon.Besides,theswelling

performance,degradationand

drugreleasebehaviorsof

thehydrogelfilmswerealsostudiedindetail.Theresultsshowthatthehydrogelfilmscouldimprove

thepropertyandperformancebychangingthePGAandPEGmolecularweightandtheproportion,

whichcould

be

widelyappliedinbiomedicalfieldinthefuture.

Keywords:hydrogels,PGAderivative,PEG,highstrength

~Ⅱ~…………………………………………………………..I………………………………………………….:……..II………………………………………………………..Ill………………………………………………………….1………………………………………………………….1………………………………………………………….1………………………………………………………….1………………………………………………………….:!………………………………………………………….:;………………………………………………………….4………………………………………………………….!;………………………………………………………….!;………………………………………………………….!;………………………………………………………….6………………………………………………………….6………………………………………………………….6………………………………………………………….71.2.6.3多孔及超大孔水凝胶………………………………………………………………….7

1.2.6.4互穿网络水凝胶……………………………………………………………………….81.3聚乙二醇改性聚谷氨酸材料概述…………………………………………………………….91.3.1共聚改性………………………………………………………………………………。91.3.1.1PEG直接共聚…………………………………………………………………………91.3.1.2PEG共混共聚……………………………………………………………………….101.3.2侧基功能化改性………………………………………………………………………。1l1.4本文的立题依据及研究内容…………………………………………………………………l2

第二章网络状水凝胶PEG.PEG的合成及其性能研究…………………………………………….14

2.1序言…………………………………………………………………………………………………………………………..14

2.2实验原料和仪器……………………………………………………………………………….14

2.2.1实验原料……………………………………………………………………………….142.2.2实验仪器……………………………………………………………………………….15

2.3实验部分……………………………………………………………………………………….15

2.3.1网络状水凝胶的制备………………………………………………………………….15

2.3.1.1实验方案……………………………………………………………………………..162.3.1.2炔化PEG的合成…………………………………………………………………….162.3.1.3叠氮化PEG的合成…………………………………………………………………l7

2.3.1.4凝胶的合成………………………………………………………………………….17

2.3.2网络状水凝胶性能研究………………………………………………………………172.3.2.1红外光谱分析(FT_IR)……………………………………………………………17

2.3.2.2扫描电镜分析(SEM)…………………………………………………………….172.3.2.3溶胀度及保水性测定……………………………………………………………….18

2.3.2.4退胀动力学测定………………………………………………………………………l8

~ⅡI~

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