壳聚糖纤维-结冷胶复合水凝胶的力学性质和保水性
羧甲基壳聚糖增强智能纳米复合水凝胶的制备及性能研究
羧甲基壳聚糖增强智能纳米复合水凝胶的制备及性能探究摘要：本探究以高分子聚丙烯酰胺(PAM)作为基础材料，利用生物材料羧甲基壳聚糖(CMC)和无机材料纳米氧化物作为增强剂，制备出一种新型的高强度、高稳定性的智能纳米复合水凝胶。
在不同的制备条件下对该复合水凝胶进行系统的物理、化学性质的分析与表征，结果表明复合水凝胶具有较高的吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能，能够广泛应用于医学、生物、环境等领域。
关键词：羧甲基壳聚糖，纳米复合水凝胶，智能响应，稳定性，增强效果。
1. 前言水凝胶在现代生物、医学、环境和能源等领域广泛应用，然而传统的水凝胶在吸水性、机械强度、稳定性和响应性等方面存在一定的限制，制约了其应用。
因此，探究一种新型高性能的水凝胶具有重要的科学探究和应用价值。
2. 试验材料与方法2.1 试验材料聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基壳聚糖(CMC)、纳米氧化物、N,N-二甲基乙酰胺(DMAM)、甲醛等。
2.2 试验方法接受自由基聚合法和化学交联法相结合的方法制备智能纳米复合水凝胶，通过DMA、TGA、SEM、XRD等方法对其进行性能测试及形态表征，对吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能进行有效的评估和分析。
3. 结果与谈论3.1 羧甲基壳聚糖对水凝胶性能的影响不同质量比下CMC与PAM的复合水凝胶产物比纯PAM凝胶的吸水性能、机械强度都有所提高，其中CMC质量为0.025g/gPAM、0.05g/gPAM、0.1g/gPAM的复合水凝胶吸水率比纯PAM凝胶增加了32.1%、41.5%、46.3%，机械强度比纯PAM凝胶增加了10.24%、16.12%、28.08%，因此CMC能有效地提高水凝胶的性能。
3.2 纳米氧化物对水凝胶性能的影响CMC/PAM复合水凝胶中添加不同质量比的纳米氧化物对水凝胶性能的影响不同，当纳米氧化物质量比为0.1g/gPAM时，水凝胶的吸水率最高，为2794.6%。
但是在机械强度方面，纳米氧化物的加入会使水凝胶的机械强度下降，需取得适当的添加量。
PVA_壳聚糖_淀粉水凝胶的制备和性能
随着材料科学和生物医学的发展 ,越来越多 的高分子材料应用于医疗领域. 组织工程学是一 门新兴的学科 ,它是应用细胞生物学 、工程学原理 和方法 ,来研究和制备能够恢复或改善受损组织 和器官的形态和功能的替代品 ,以达到修复重建 的目的 [ 1～3 ]. 组织工程学的关键技术之一是制备 具有生物相容性和一定力学性能且可降解吸收的 细胞支架. 作为组织工程细胞支架的一大类材料 是水凝胶 [ 4 ] . 聚乙烯醇 ( PVA )是一种常见的水溶 性高分子之一 ,其分子主链为碳链 ,每一个重复单 元上含有一个羟基 ,由于羟基尺寸小 ,极性强 ,容
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沈 阳 理 工 大 学 学 报 2007年
1 实验部分
1. 1 试剂及仪器
试剂 :聚乙烯醇 : DP1750 ±50,醇解度 99% , 国药集团化学试剂有限公司 ;可溶性淀粉 ( SST) : 分析纯 ,天津市标准科技有限公司 ; 壳聚糖 ( Chi2 tosan) :脱乙酰度 : ≥9010% ,上海伯奥生物科技有 限公司 ; NaOH等.
颗粒 ,放入三口瓶中 ,并加入一定体积的蒸馏水作 为溶剂. 加热 85℃,搅拌速率 150 r/m in,加热时间 115h左右 ,使 PVA 颗粒充分溶解 ,配成质量分数 为 10%的 PVA 水溶液. 再加入一定比例淀粉 (始 终保持 m ( PVA ) ∶m (淀粉 ) = 5∶1)进行共混 ,继 续加热 ,搅拌速率不变 ,加热时间 015h左右 ,待淀 粉全部溶化后 , 与 3%的壳聚 糖醋 酸溶 液共 混 , PVA /淀粉水溶液与壳聚糖醋酸溶液的质量比为 3 ∶1 ,然后继续加热 、搅拌 ,直到溶液成透明液体 时 ,停止加热 、搅拌 , 40℃保温一定时间 , 去除气 泡. 然后将其倒入铝制模板上 ,压紧 、密封 ,放入低 温恒温槽中 ,进行冷冻 - 解冻工艺. 工艺流程 : 室 温降到 - 20℃,保温 1h,然后再升温到室温 ,保温 10h,如此反复进行六个循环. 这样可以制备出壳 聚糖占固相含量为 717%的复合水凝胶. 如上通过 改变 PVA /淀粉水溶液与壳聚糖醋酸溶液的质量 比可以制备出壳聚糖含量为 4%、217%的复合水 凝胶 ,同时制备了 10%的纯 PVA 水凝胶与其进行 比较. 将水凝胶试样按照壳聚糖含量由少至多编 号为 A、B、C、D. 1. 2. 2 脱水和溶胀性能实验
医用水凝胶的成分
医用水凝胶的成分全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：医用水凝胶是一种具有优异吸水性能的生物材料，被广泛应用于医疗领域，用于创面敷料、生物医学材料等方面。
水凝胶通常由多种成分组成，这些成分在制备过程中起着关键作用。
下面将介绍医用水凝胶常见的成分及其作用。
1. 水水是水凝胶中最主要的成分，它是让水凝胶具有优异吸水性能的关键。
通过吸收水分，水凝胶能够形成一种保湿的环境，有助于促进创面愈合和伤口愈合。
水也是许多其他成分的载体，有助于成分的稳定性和分散性。
2. 聚合物聚合物是构成水凝胶网络结构的重要成分，常见的聚合物包括明胶、聚丙烯酸钠（PAA）、聚乙烯醇（PVA）等。
这些聚合物具有优异的吸水性能和生物相容性，能够有效地吸收水分并形成凝胶结构，为伤口提供保护和促进愈合。
3. 交联剂交联剂是将聚合物链相互连接形成网络结构的物质，常见的交联剂包括硼烷、烷基硼酸等。
通过交联作用，可以增强水凝胶的机械强度和稳定性，提高其吸水性能和生物相容性，同时也有助于控制水凝胶的释药性能。
4. 添加剂除了上述主要成分外，水凝胶中还常添加一些功能性添加剂，如抗菌剂、抗氧化剂、调节剂等。
这些添加剂能够改善水凝胶的抗菌性、抗氧化性和药效特性，提高其在医疗领域的应用效果。
医用水凝胶的成分多样且相互配合，通过合理设计和控制成分比例，能够制备出具有优异性能和功能的水凝胶产品，为伤口治疗和生物医学领域提供有效的支持和保护。
在未来的研究和应用中，将进一步探索和优化水凝胶的成分及其作用机制，推动其在医学和生物医学领域的应用发展。
第二篇示例：医用水凝胶是一种常用于医疗领域的治疗材料，具有良好的生物相容性和可调控的力学性能，目前已被广泛应用于创面愈合、药物释放、组织工程等领域。
水凝胶主要由水和凝胶形成的聚合物构成，不同的医用水凝胶成分会影响其性能和应用领域。
一般来说，医用水凝胶的成分可以分为以下几类：1. 聚合物基质：医用水凝胶的主要成分是一种聚合物基质，它在水中形成网状结构，可以吸收水分并保持凝胶的稳定性。
聚丙烯酰胺-壳聚糖复合水凝胶的制备
聚丙烯酰胺-壳聚糖复合水凝胶的制备聚丙烯酰胺/壳聚糖复合水凝胶的制备摘要：本研究通过改变聚丙烯酰胺（PAM）和壳聚糖（CS）的配比和反应条件，制备出具有优秀性能的PAM/CS复合水凝胶。
实验通过FTIR、SEM、TEM、XRD和TGA等方法表征复合水凝胶的结构和性质，研究了反应时间、反应温度和药剂用量等因素对复合水凝胶性能的影响。
结果表明，制备出的复合水凝胶表面光滑，具有良好的热稳定性和吸水性能，同时显示出良好的抗拉强度和变形性能。
本研究为制备高性能水凝胶提供了新途径。
关键词：聚丙烯酰胺、壳聚糖、复合水凝胶、结构和性能引言：水凝胶材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，被广泛应用于医疗、食品、农业和环境等领域。
聚丙烯酰胺和壳聚糖是常用的水凝胶材料，其中PAM因其优异的物理性能和生物相容性被广泛应用。
但PAM单一材料能力有限，为了增加其性能，一些研究采用PAM与其他材料进行复合。
壳聚糖是一种生物大分子，不仅具有良好的生物相容性，而且由于其氨基和羟基等官能团，可在制备过程中与其他材料进行优良的反应。
因此，对PAM/CS复合水凝胶的研究有着重要意义。
实验：本研究以PAM和CS为原料，采用自由基聚合法制备复合水凝胶。
当PAM/CS质量比为6：4，药剂用量为8g，反应时间为2.5h，反应温度为50℃时，PAM/CS复合水凝胶显示出较好的性能。
结果与讨论：FTIR结果显示PAM/CS复合水凝胶中可见PAM和CS特有的基团吸收峰，提示复合物中两种材料充分反应。
SEM结果表明，PAM/CS复合水凝胶表面光滑、无孔、无裂纹，形态规整，显示出优良的吸水性能，并显示出优越的维持水分能力。
TEM结果显示趋向良好的纳米结构体，提示抗拉性和变形性能优异。
XRD和TGA结果表明，PAM/CS复合水凝胶的热稳定性和硬度都得到了提高。
结论：本研究成功制备PAM/CS复合水凝胶，表现出较好的热稳定性和吸水性能，同时表现出良好的抗拉强度和变形性能。
壳聚糖纤维壳聚糖海藻酸钠水凝胶溶胀性能与抑菌性能
广东化工2021年第2期· 6 · 第48卷总第436期壳聚糖纤维/壳聚糖/海藻酸钠水凝胶溶胀性能与抑菌性能王浩然，邓言权，李濠镜，姚浩然，邵宗磊，李阳雪，张大伟*(材料科学与工程学院东北林业大学，黑龙江哈尔滨150000)[摘要]制备了壳聚糖(CS)/海藻酸钠(SA)复合水凝胶，并通过加入吸水性壳聚糖长纤维、45 %壳聚糖水刺无纺布、80 %壳聚糖水刺无纺布、100 %壳聚糖水刺无纺布、100 %壳聚糖针刺无纺布这五种纤维，增强复合水凝胶的力学性能，探究了复合水凝胶的吸水溶胀性能与抑菌性能。
结果表明，加入纤维后水凝胶在蒸馏水中的溶胀比明显降低，在碱性环境中，水凝胶的溶胀比显著上升，在偏中性环境中，水凝胶的溶胀比最低；加入纤维后，复合水凝胶仍具有一定的抑菌性，无纤维添加的水凝胶呈现出的抑菌能力一般，而加入了吸水性壳聚糖长纤维的具有最佳的抑菌性能。
[关键词]壳聚糖；海藻酸钠；壳聚糖纤维；水凝胶[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)02-0006-02Preparation and Preperties of Chitosan Fiber/Chitosan/Alginate Hydrogel Wang Haoran, Deng Yanquan, Li Haojing, Yao Haoran, Shao Zonglei, Li Xueyang, Zhang Dawei*(College of Materials Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150000, China) Abstract: Pick to adopt chemical crosslinked chitosan (CS)/sodium alginate (SA) composite hydrogels, and by adding water imbibition of chitosan long fiber, 45 % chitosan spunlace nonwoven spunlace nonwovens, 80 %, 100 % chitosan spunlace nonwoven, 100 % chitosan acupuncture non-woven these five kinds of fiber, enhance the mechanical properties of composite hydrogel, explore the absorbent composite hydrogel swelling properties, mechanical properties, antibacterial properties.The results showed that the swelling ratio of hydrogel in distilled water was significantly decreased after adding fiber. In alkaline environment, the swelling ratio of hydrogel was significantly increased. In neutral environment, the swelling ratio of hydrogel was the lowest.The mechanical properties of the composite hydrogel increased significantly after fiber was added.After the addition of fiber, the composite hydrogel still had some bacteriostasis, and the hydrogel without fiber showed a general bacteriostasis, while the one with the addition of absorbent chitosan long fiber had the best bacteriostasis.Keywords: Chitosan；sodium alginate；chitosan fiber；hydrogel水凝胶作为一种新型的高分子材料，是最具吸引力的软材料之一，具有三维网络结构和可调的物理和化学性质[1]。
聚乙烯醇_壳聚糖复合水凝胶的溶胀性能
1 实验
1. 1 试剂 壳聚糖 (生化试剂 ) , PVA - 124, PVA - 1788,
PVA - 1799,冰醋酸 ,戊二醛 ,氯化钠 ,氢氧化钠 ,盐 酸 ,均为 AR。 1. 2 样品的制备
离子浓度对溶胀度的影响见图 2。 随着离子浓度的增加 , Cl- 或 OH - 对壳聚糖分 子链上的氨基离子 ( —NH3 + )屏蔽作用增强 ,引起 聚乙烯醇和壳聚糖分子链的局部收缩 ,乃至整个高 分子网络收缩 ,使凝胶溶胀度逐渐下降 ; 盐酸中的 H + 可使聚乙烯醇分子链中的 —OH 部分质子化而 带正电荷 ,壳聚糖分子链上有带正电荷的 —NH3 + , 整个高分子凝胶网络带正电荷而使分子链间相互排 斥 ,易于伸展 ,凝胶表现出较高的溶胀比 。氢氧化钠 溶液中的 OH - 使聚乙烯醇分子链中羟基去质子化 , 使凝胶自身伸展受到限制 ,所以溶胀度较低 。氯化
Abstract: Polyvinyl alcohol—chitosan comp lex hydrogel was synthesized in acetic acid solution w ith polyvinyl alcohol and chitosan using glutaraldehyde as crosslinker. The hydrogel was pH / ion / temperature2sensitive. The swelling ratios were 1 11212% , 97412% and 1 03618% in m uriatic acid solution of pH = 3113, distilled water of normal temperature and distilled water at 8 ℃. The swelling ratio of comp lex hydrogel was reduced by raise of the drying temperature and p rotraction of the drying time. The type of polyvinyl alcohol was the important factor of swelling ratio: the swelling ratio of hydrogel synthesized from PVA - 1788 and chitosan was 2 07411%. Polyvinyl alcohol2chitosan comp lex hydrogel was very important in the materials of biomedicine due to its excellent m echanical p roperties, biocompatibility, biodegradation and pH / ion / temperature2sensitivity. Key words: polyvinyl alcohol; chitosan; comp lex hydrogel; swelling ratio; sensitivity Founda tion item :National natural science foundation (20376087)
一文看懂壳聚糖纤维
一文看懂壳聚糖纤维中国化学纤维工业协会编者按生物基化学纤维是以生物质为原料或含有生物质来源单体的聚合物所制成的纤维，产品具有生态环保、人体亲和、抑菌舒适、废弃物可生物降解等性能，已广泛应用于贴身内衣、衬衣、袜类、家纺等产品，为了让消费者充分认识生物基纤维的特性，中国化纤协会现推出生物基纤维科普知识系列宣传报道，以飨读者。
随着人们对纤维的需求量的不断增加，开发以天然可再生资源为原料的新型生物基化学纤维成了后石油时代解决纺织行业原料来源的重要途径。
海洋，是地球上最广阔的水体，总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71%。
海洋中蕴含丰富的动植物资源，利用海洋生物体或海洋生物提取物制成的海洋生物质纤维成为近年来快速发展的绿色生物质纤维品种。
海藻酸纤维、卡拉胶纤维、琼胶纤维、浒苔多糖纤维等属海洋植物纤维。
甲壳素纤维和甲壳素衍生物纤维（壳聚糖纤维、乙酰甲壳素纤维、二丁酰甲壳素纤维等）则属于海洋动物纤维。
其中，壳聚糖纤维是国内外产量最大的甲壳素及其衍生物制成的海洋动物纤维。
今天，我们就一起来看看什么是壳聚糖纤维。
1.原料来源顾名思义，壳聚糖纤维的原料是壳聚糖，而要了解壳聚糖，首先要了解甲壳素。
甲壳素广泛存在于虾、蟹、昆虫的外壳以及藻类的细胞壁中。
自然界中甲壳素的年生物合成量约100亿吨，是地球上除纤维素以外的第二大有机资源。
甲壳素用浓碱脱去乙酰基即为壳聚糖，化学名称为β-（1→4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，外观为白色或淡黄色半透明状固体，相对分子质量从数十万至数百万不等，可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、苯甲酸等溶液。
壳聚糖具有生物可降解性和细胞亲和性等许多独特的性质，同时壳聚糖还具有良好的成纤性。
由壳聚糖制成的壳聚糖纤维具有天然的抑菌性、生物相容性和吸附性，在生物医学、卫生、军事等领域具有广泛的应用前景。
2.制备工艺技术常见的壳聚糖的生产工艺有湿法纺丝、干湿法纺丝以及静电纺丝，其中湿法纺丝是工业生产中最常用的制备壳聚糖纤维方法。
壳聚糖水凝胶纳米复合膜论文
壳聚糖水凝胶纳米复合膜论文摘要：该文选用壳聚糖（CS）作为大分子单体，使其具有生物兼容性良好，生物降解性良好和无毒无污染的天然弱碱性物质，与温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和有抗菌作用的纳米银接枝共聚制备出Ag/CS/PNIPAM水凝胶，使其兼具温敏性，抗菌性，及生物兼容性的可降解性高分子聚合物，并对所制备的水凝胶进行表征。
用紫外照射与化学合成共同制备出的Ag/CS/PNIPAM水凝胶微粒接近于球形，显示是核壳结构的特征，并具有较窄的粒径分布，有望在医用敷料领域获得广泛的应用。
关键词：纳米银壳聚糖 N-异丙基丙烯酰胺紫外辐照法化学交联法水凝胶是研究医用敷料的一个重要方向，因其机械力学性能好，具有吸水和保湿性能[1]。
能够吸收出创面的渗出液并能够维持愈合环境的湿润，不与伤口发生粘连，阻止细菌在伤口上繁殖，因此水凝胶在医用敷料领域内得到了广泛的研究与应用[2-3]。
随着科学技术的进步，新型的功能敷料得到了很大的发展，研究表明：在湿润的封闭的环境下伤口的愈合速度远比在干燥的空气中创面愈合要的多[4]，从而为水凝胶敷料提供了一定的理论基础，也提出了湿润愈合伤口的理念。
从此之后，许多的专家学者以及研究人员均支持这种新概念[5]。
现已研究证明，这类保湿敷料不仅能够为伤口创造一个温和的环境，还能减少患者的疼痛同时使伤口的再上皮化能力明显提高，从而加速了创面的愈合[6]。
Turner给新型医用敷料的定义是[7]：能够给伤口除去脓血和有毒的成分；保持氧气和二氧化碳在敷料的内外交换通畅；为伤口创造了一个温暖湿润的环境；阻止细菌、外部微尘和有毒成分的入侵；去除时又不会与纱布形成二次伤口。
当前医用材料发展的一个重要的方向是抗菌性医用敷料，有着很大的市场需求量。
但是，就目前我国市场的情况而言，我国的医用敷料材料以中低档产品为主，利润低，而且企业规模非常的小，产品的创新能力弱；而高档产品仍依赖国外的进口，价格昂贵。
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硕士学位论文论文题目壳聚糖纤维/结冷胶复合水凝胶的力学性质和保水性研究生姓名刘丽梅指导教师姓名白同春（教授）专业名称物理化学研究方向化学热力学论文提交日期2013年5月苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人承担本声明的法律责任。
论文作者签名：日期：苏州大学学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即：学位论文著作权归属苏州大学。
本学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。
苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社）、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。
涉密论文□本学位论文属在年月解密后适用本规定。
非涉密论文□论文作者签名：日期：导师签名：日期：壳聚糖纤维/结冷胶复合水凝胶的力学性质与保水性摘要壳聚糖纤维/结冷胶复合水凝胶的力学性质与保水性摘要结冷胶（Gellan gum），是经美国食品和药物管理局批准的食品添加剂，由于其形成的水凝胶含水量高、良好的生物相容性和机械性能可控、为软骨细胞的增殖和分化提供更接近人体真实软骨细胞外基质的微环境，在软骨修复和替代材料等方面备受关注。
但是单一的结冷胶由于较差的力学性能并不能满足软骨替代材料的要求，需要添加其他成分来弥补这一缺陷。
因壳聚糖纤维（CSFs）具有纤维形态和壳聚糖材料的双重优点而被用作增强相。
本论文主要研究壳聚糖纤维增强的结冷胶复合水凝胶的结构与物理化学性质之间的关系，对人工组织材料的研发具有重要意义。
主要内容有以下三方面：1．制备了不同CSFs含量的高酰基结冷胶（HG）水凝胶（CSF-HG）。
研究了不同CSFs含量的CSF-HG水凝胶材料的流变性能、断裂形貌、溶胀行为、失水动力学和介电性能。
结果表明，由于CSFs穿梭于HG水凝胶的三维网络之间，显著地提高了HG水凝胶的储能模量（G'）。
而且CSFs能够阻碍HG大分子链段的宏观运动，降低了水凝胶的溶胀度和平衡水含量，并使得CSF-HG水凝胶在脱水过程中显示出较HG水凝胶低的吸热焓。
CSFs大分子上富有亲水性的氨基基团，使得CSF-HG水凝胶与水分子之间形成更强的相互作用，提高了其脱水活化能。
另外，极性的氨基基团大幅提升了CSF-HG水凝胶的介电常数。
2．将CSFs加入具有一定比例的高酰基与低酰基混合结冷胶（HLG）中，制备钙离子（Ca2+）交联的复合水凝胶，研究了CSFs与HLG大分子链之间的相互作用及其对复合水凝胶材料力学性质，溶胀行为，热学稳定性和介电性能的影响。
结果表明，CSFs与HLG大分子之间形成了大量的氢键，使得CSF-HLG水凝胶的热稳定性增强，I摘要壳聚糖纤维/结冷胶复合水凝胶的力学性质与保水性力学强度提高。
由于CSFs阻碍了HLG大分子链段的运动，使得复合水凝胶的溶胀度和平衡水含量较HLG水凝胶低的多，其在脱水过程中的吸热焓也有一定程度的下降。
，扫瞄式电子显微镜（SEM）显示，CSF-HLG复合水凝胶在经烘箱干燥后，仍有大量的孔洞结构，而HLG水凝胶的3D结构完全塌陷无孔洞存在，说明CSFs对复合水凝胶的网孔起支撑作用。
3. 在低酰基结冷胶（LG）中加入CSFs，制备CSF-LG复合水凝胶。
考察了凝胶体系的流变性能，热失水动力学。
利用Kissinger–Akahira–Sunose (KAS)等转化率法获得凝胶的非等温失水活化能与转化率之间的关系，即转化率增大，活化能降低。
结冷胶中加入壳聚糖纤维，使其失水活化能增加。
关键词：结冷胶，壳聚糖纤维，水凝胶，力学性能，脱水动力学作者：刘丽梅指导老师：白同春（教授）Mechanical and water-holding properties of chitosan fiber/gellan gum composite hydrogels AbstractMechanical and water-holding properties of chitosan fiber/gellan gum composite hydrogelsAbstractGellan gum is a food additive approved by U.S.A Food and Drug Administration (FDA). It has attracted much attention due to its good biocompatibility, controllable mechanical properties, and it also can provide microenvironment similar to cartilage extracellular matrix for chondrocyte proliferation and differentiation. However, the mechanical property of gellan gum is so poor that it cannot meet the requirements for cartilage substitute materials. Chitosan fibers (CSFs)were used to be the reinforcing phase since its high strength. In this thesis, the relationship between the structure and physicochemical properties of chitosan fiber reinforced composite gellan gum hydrogel was studied, and this study would promote the development of artificial tissue materials.Firstly, the CSF and high-acyl gellan gum (HG) hydrogels with different CSFs content were prepared. And the rheological properties, fracture morphology swelling behavior, dehydration kinetics and dielectric properties were systematically studied. The result shows that the CSFs significantly improve the storage modulus (G') of HG hydrogel. In addition, CSFs were interspersed in the three-dimensional network of CSF-HG hydrogels, which hinder the motion of HG chain segments, and reducing the swelling degree and the water content in equilibrium. The 2.0CSF-HG hydrogel has lower endothermic enthalpy than that of HG hydrogel during the dehydration process. Moreover, the hydrophilic amino groups of CSFs would form stronger interaction between water and macromolecules in 2.0CSF-HG hydrogel, and increase its dehydration activation energy. Besides these, the polar amino groups endow the oven-dried 2.0CSF-HG hydrogel with significantlyIIIAbstract Mechanical and water-holding properties of chitosan fiber/gellan gum composite hydrogels enhanced dielectric constant, 878 at 1 Hz.Secondly, we added CSFs into a mixed gellan gum of high-acyl (HG) and low-acyl gellan gum (LG), which was cross-linked by calcium ion (Ca2+). Then, the interaction between CSFs and HLG macromolecule, and its effect on mechanical strength, swelling behavior, thermal stability and dielectric properties of composite hydrogels were systematically studied. The results showed that a large number of hydrogen bonds between CSFs and HLG macromolecules were formed, which improve the thermal stability and mechanical strength of 2.0CSF-HLG hydrogel. Similarly, hindered by CSFs, the HLG macromolecular chain segments cannot change by a large margin to absorb water, so the 2.0CSF-HLG hydrogel showed low swelling degree and water content in equilibrium, and its endothermic enthalpy is also lower than that of HG hydrogel during the dehydration process. However, due to the supporting effect by CSFs, there were plenty of holes in 2.0CSF-HLG hydrogel after it was dried in thermal oven. By this treatment, the 3D structure of HLG hydrogel was collapsed.Finally, CSFs were added into LG to prepared CSF-LG hydrogels, the rheological properties and thermal dehydration kinetics of CSF-LG hydrogels were studied. By using the iso-conversional method of Kissinger-Akahira-Sunose (KAS), the relationship between the dehydration activation energy and the conversion rate was obtained. It is found that the activation energy decreases as the conversion rate increases, and increases with the content of CSFs.Keywords:gellan gum, chitosan fibers, hydrogel, mechanical property, dehydration kinetics.Written by: Limei LiuSupervised by: Prof. Tongchun Bai目录第一章文献综述 (1)1.1 水凝胶支架材料分类 (1)1.1.1 天然聚合物 (1)1.1.2 人工合成聚合物 (5)1.2 用于软骨修复水凝胶的研究进展 (6)1.2.1 可注射水凝胶 (6)1.2.2 双网络结构水凝胶 (9)1.3 本课题研究内容及意义 (11)第二章壳聚糖纤维增强的高酰基结冷胶水凝胶的力学性能和保水性 (13)2.1前言 (13)2.2 实验部分 (14)2.2.1原料 (14)2.2.2 HG水凝胶的制备 (14)2.2.3 CSF-HG水凝胶的制备 (14)2.2.4性能测试 (14)2.3 结果与讨论 (16)2.3.1 流变性能 (16)2.3.2 断面形貌 (17)2.3.3 溶胀行为 (17)2.3.4 脱水动力学 (18)2.3.5 介电性能 (24)2.4 本章小结 (25)第三章壳聚糖纤维/高-低酰基结冷胶水凝胶的结构与性能 (26)3.1 前言 (26)3.2 实验部分 (27)3.2.1原料 (27)3.2.2 HLG水凝胶的制备 (27)3.2.3 CSF-HLG水凝胶的制备 (27)3.2.4性能测试 (27)3.3 结果与讨论 (29)3.3.1 红外、拉曼、XRD和TG表征 (29)3.3.2 流变分析 (33)3.3.3 水凝胶的溶胀性能 (34)3.3.4 凝胶形态 (35)3.3.5介电性能 (36)3.3.6 脱水动力学 (37)3.4 本章小结 (45)第四章壳聚糖纤维/低酰基结冷胶复合水凝胶的力学性质与失水动力学 (46)4.1 前言 (46)4.2 实验部分 (46)4.2.1原料 (46)4.2.2 LG水凝胶的制备 (47)4.2.3 CSF-LG水凝胶的制备 (47)4.2.4性能测试 (47)4.3 结果与讨论 (47)4.3.1 流变行为 (47)4.3.2 脱水动力学 (48)4.4 本章小结 (55)结论 (56)参考文献 (57)攻读硕士学位期间发表的论文 (67)致谢 (68)壳聚糖纤维/结冷胶复合水凝胶的力学性质与保水性第一章第一章文献综述关节软骨是一种无血管、无神经和淋巴的组织，由Ⅱ型胶原、蛋白多糖、含水细胞外基质(ECM)和软骨细胞构成[1-2]。