有机无机复合材料综合了有机材料和无机材料的优点,在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面具有许多优异性能,因此受到了各国科学家的广泛关注。本文以海藻酸钠为有机相,γ-氨丙基三乙氧基硅烷为无机相,利用两种不同的方法制备了两种不同的海藻酸钠/二氧化硅(SiO2)复合材料,在此基础上,对这两种复合材料作为固定纤维素酶的载体进行了研究。本文主要包括以下三个部分:第一部分:共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶的制备与表征利用多肽合成中的碳二亚胺法,以1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亚胺(EDC)为活化剂活化海藻酸钠上的羧基,然后在常温下与偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基反应生成酰胺键而交联;同时,硅烷中的乙氧基发生水解缩聚反应得到了有机高分子和无机材料之间以共价键结合的杂化水凝胶。以FTIR、SEM等实验方法对产物进行了表征,并探讨了杂化水凝胶的溶胀率、剪切模量、网链平均分子量与其结构之间的关系。结果表明,杂化材料中有机无机两相相容性良好,杂化材料的密度、溶涨率及其力学性能可以通过控制无机有机二者的比例加以控制。第二部分:共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶固定化纤维素酶以第一部分的共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶作为固定化纤维素酶载体,固定后,纤维素酶的包埋率超过了86%,酶固定前后的SEM图表明纤维素酶非常均匀地分布在载体中。探讨了pH、温度对固定酶和游离酶活力的影响,研究了固定酶和游离酶的酶促反应动力学。结果表明固定酶具有对pH和温度更高的稳定性,固定酶的最适宜pH为3.6,最佳催化温度为50℃。固定酶的可重复实用性良好,连续使用10次后依然保留$$50%酶活力。第三部分:基于溶胶凝胶原理海藻酸钠/SiO2复合载体固定化酶以γ-氨丙基三乙氧基硅烷为前驱体,发生溶胶凝胶反应固定包埋海藻酸钠和纤维素酶。研究并比较了两种不同的复合材料固定酶的包埋率、米氏常数、对温度和pH的稳定性、储藏稳定性能以及可循环使用性能。研究结果表明,共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶固定化纤维素酶具有更高的包埋率,更好的储藏稳定性能以及可循环使用性能;而基于Sol-Gel原理海藻酸钠/SiO2复合载体固定化酶在固定酶的相对活力和对底物的亲和力方面则更胜一筹。
In this study, two kinds of hybrid composites were prepared using sodium alginate as polymer moiety, silica as inorganic moiety. Both of the hybrid composites were studied as carriers for immobilization of cellulase. In detail, the thesis includes the following parts:PartⅠ: Fabrication and characterization of a novel covalent cross-linked alginate/SiO2 hybrid hydrogelThe first novel hybrid composite derived from 3-aminopropyltrimethoxysilane and sodium alginate was prepared through covalent cross-linking reaction accompanied with a hydrolysis/condensation single reaction in a reaction system (The hybrid composites were designed as covalent cross-linking Alg-SiO2). The characterization of covalent cross-linking Alg-SiO2 was employed by FT-IR ,SEM and EDS etc. The results revealed that cross-linking reaction was carried out by -NH2 and COO-.The shear modulus (G), the molecular weight between cross-links (Mc), and degree of swelling (Q) of the hydrogel were also investigated. The results of this study showed that the proterties of hydrogel would be strong affected by its structure. Our work may be as a mean to generate hybrid hydrogels with a range of mechanical properties.PartⅡ: Alginate/SiO2 hybrid hydrogel for cellulose immobilization In order to reveal the potential applications of the novel hybrid hydrogel, the covalent cross-linking Alg-SiO2 hybrid hydrogel was used as carriers for immobilization of cellulase. The loading efficiency of immobilized cellulase was up to 86% and the SEM photographs showed that the cellulase was trapped in carriers homogeneously. The activities of free cellulase and immobilized cellulase were determined by measuring the amount of glucose made from carboxymethyl cellulase in the given conditions. The results showed that the immobilized cellulase had a higher Km than free cellulase. The immobilized cellulase had better stability with respect to pH or temperature than free cellulase and it also remained up to 50% activity after 10 cycles.PartⅢ: Immobilization of cellulase based on Sol- Gel process 3-aminopropyltrimethoxysilane derived gel was incorporated into sodium alginate and enzyme solution, followed by Ca2+ cross-linking(The hybrid composites were designed as Sol- Gel-derived Alg-SiO2). The effects of pH, temperature, Michaelis–Menten constant (Km), storage and thermal stability on the two immobilized cellulases activity were examined. The covalent cross-linking Alg-SiO2 immobilized cellulase had more loading efficiency (86%) than the Sol- Gel Alg-SiO2 immobilized cellulase has (76%). It also had better performance and storage stability. Compared to the covalent cross-linking Alg-SiO2 immobilized cellulase, the Sol- Gel Alg-SiO2 immobilized cellulase had better thermal stability and relative activity. For covalent cross-linking Alg-SiO2 immobilized cellulase, Michaelis–Menten constant (Km) value was 1.10 mg/ml, respectively, the same value of Sol- Gel-derived Alg-SiO2 immobilized cellulase was found to be 0.290 mg/ml.
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海藻酸钠-高甲氧基果胶复合体系凝胶特性的研究
摘　要：研究了海藻酸钠-高甲氧基果胶复合体系的凝胶特性及pH值、凝胶温度和时间对其凝胶特性的影响.结果表明:海藻酸钠和高甲氧基果胶具有协同作用,且体系的凝胶强度、持水性、凝固点和融点与两种胶的质量比、胶体总质量分数、pH值、凝胶温度和时间密切相关.随海藻酸钠/果胶质量比增加,体系凝胶强度和凝胶融点增加,并在取得最大值后又下降,而持水性与凝固温度则变化不大;在pH3.0～3.5,体系可形成性能较好的凝胶,而当pH＞4.20时,不能凝胶,pH还对凝胶融点有影响,而对凝固点影响不大;随凝胶温度升高,体系凝胶强度显著下降,凝胶融点也下降;在15 ℃凝胶6 h,体系即可形成稳定的凝胶体.
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海藻酸钠明胶共混体系凝胶修复颅骨极限缺损过程中血清无机盐及
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官方公共微信组织工程用海藻酸钠及其水凝胶的制备与性能研究--《暨南大学》2008年硕士论文
组织工程用海藻酸钠及其水凝胶的制备与性能研究
【摘要】：
海藻酸钠(SA)是美国食品药物管理局(FDA)批准用于生物医学领域的天然生物材料之一,但因其纯化技术复杂、力学性能差和降解速率过慢而在组织修复的应用中受到许多限制。本论文在参考国内外相关研究的基础上,结合本课题组的实际工作,提出了一种简单有效的可用于组织工程的高纯度海藻酸钠的制备方法,并首次将新研制的海藻酸钠与纳米羟基磷灰石(HAP)复合,利用原位释放法制备了可注射的海藻酸钠/纳米羟基磷灰石水凝胶。系统研究了SA浓度,HAP和葡萄糖酸内酯(GDL)用量对水凝胶体系pH值、力学性能、凝胶化时间及溶胀率的影响。结果表明C_(SA)=2wt%,f=0.5,n=0.8时体系浸提液的pH值为6.72,水凝胶的抗压强度达101.88kPa,凝胶化时间为20～25min,浸泡72h后水凝胶的溶胀率为30%,显著提高了材料的力学性能和实际应用的可行性。为了改善海藻酸钠的生物降解性能,本研究进一步利用高碘酸钠氧化海藻酸钠,制备出降解速率可调的部分氧化海藻酸钠/纳米羟基磷灰石水凝胶。材料的力学强度随海藻酸钠氧化度的增加而降低,通过调节SA浓度和HAP用量可控制水凝胶的溶胀率。扫描电镜下观察冷冻干燥后水凝胶样品的形貌呈现多孔结构,孔径在20～300μm范围,HAP晶体连续、均匀的分布在支架内。
本研究不仅得到了海藻酸钠纯化的新方法,而且研制出可生物降解的组织工程用海藻酸钠及其水凝胶。结果表明新材料具有良好的细胞相容性和组织相容性,为海藻酸钠在组织工程中的更广泛应用提供了一种新方法和新思路。
【关键词】：
【学位授予单位】：暨南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：R318.08【目录】：
ABSTRACT5-8
第一章 绪论8-18
1.1 组织工程学的发展状况和研究内容8-10
1.2 水凝胶在组织工程支架中的应用10-11
1.3 组织工程用水凝胶材料11-16
1.3.1 天然水凝胶11-13
1.3.2 合成水凝胶13-16
1.4 水凝胶的响应性16
1.5 本论文的选题依据和创新点16-18
1.5.1 选题依据16-17
1.5.2 创新点17-18
第二章 组织工程用海藻酸钠的制备及表征18-28
2.1 实验部分19-23
2.1.1 主要实验原料与仪器设备19-20
2.1.2 组织工程用海藻酸钠的制备20-21
2.1.3 组织工程用海藻酸钠的性能测试21-23
2.2 结果与讨论23-27
2.2.1 样品的产率23
2.2.2 海藻酸钠的粘均分子量23-25
2.2.3 蛋白含量25-26
2.2.4 多酚含量26-27
2.3 结论27-28
第三章 海藻酸钠/纳米羟基磷灰石可注射水凝胶的制备及性能研究28-40
3.1 实验部分29-32
3.1.1 主要实验原料与仪器设备29-30
3.1.2 纳米羟基磷灰石的制备与表征30-31
3.1.3 海藻酸钠/纳米羟基磷灰石可注射水凝胶的制备与性能研究31-32
3.2 结果与讨论32-38
3.2.1 纳米羟基磷灰石的制备32-33
3.2.2 水凝胶体系的pH值33-34
3.2.3 水凝胶体系的力学性能34-36
3.2.4 水凝胶体系的凝胶化时间36-37
3.2.5 水凝胶体系的溶胀情况37-38
3.2.6 海藻酸钠/纳米羟基磷灰石可注射水凝胶产品外观38
3.3 结论38-40
第四章 可降解的海藻酸钠/纳米羟基磷灰石水凝胶的制备及性能研究40-51
4.1 实验部分40-42
4.1.1 主要实验原料与仪器设备40-41
4.1.2 部分氧化海藻酸钠的制备与表征41-42
4.1.3 可降解水凝胶的制备与表征42
4.2 结果与讨论42-49
4.2.1 海藻酸钠的氧化机理42-44
4.2.2 部分氧化海藻酸钠的降解行为44-46
4.2.3 可降解水凝胶的力学性能46-47
4.2.4 可降解水凝胶的溶胀性能47-48
4.2.5 可降解水凝胶的SEM形貌观察48-49
4.3 结论49-51
第五章 组织工程用海藻酸钠及其水凝胶的生物学评价51-57
5.1 实验部分51-53
5.1.1 主要实验原料与仪器设备51-52
5.1.2 组织工程用海藻酸钠的细胞生长状况52
5.1.3 (部分氧化)海藻酸钠/纳米羟基磷灰石水凝胶的体内注射实验52-53
5.2 结果与讨论53-56
5.2.1 组织工程用海藻酸钠的细胞生长状况53-54
5.2.2 (部分氧化)海藻酸钠/纳米羟基磷灰石水凝胶材料的组织切片观察54-56
5.3 结论56-57
全文结论57-58
参考文献58-68
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