本文選題：甲殼素 + 納米晶須�。� 參考：《武漢大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：當(dāng)今,海洋已成為國際競爭的重要領(lǐng)域,其中海洋生物質(zhì)資源的利用與開發(fā)已日益引人注目。眾所周知,甲殼素是海洋中豐富的可再生資源。2015年Nature雜志上刊登了題為"Sustainability:Don't waste seafood waste"的評論文章,呼吁科學(xué)家重視甲殼素的研究、開發(fā)與利用。本論文利用甲殼素為原料,通過化學(xué)及力學(xué)方法提取甲殼素納米晶須及納米纖維,結(jié)合NaOH/尿素水溶劑體系溶解甲殼素,構(gòu)建一系列甲殼素基功能材料。由各種表征手段如廣角X射線衍射(XRD)、固體核磁共振碳譜(13C NMR)、紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、熒光顯微鏡、水接觸角儀、示差掃描量熱法(DSC)、熱重分析(TG)、紫外可見光譜(UV)、流變儀、光電子能譜(XPS)等表征材料的結(jié)構(gòu)與性能。同時,通過細(xì)胞學(xué)和動物學(xué)實(shí)驗(yàn)評價它們在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用前景,為甲殼素材料的研究、開發(fā)及應(yīng)用開辟新途徑。本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)以酸水解法制備的甲殼素納米晶須作為力學(xué)增強(qiáng)相構(gòu)建出生物相容的高強(qiáng)度纖維素／甲殼素晶須納米復(fù)合膜。(2)基于甲殼素晶須的pH響應(yīng)行為,制備甲殼素晶須/海藻酸鈉聚電解質(zhì)復(fù)合凝膠,并證明它可促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附和增殖；(3)通過烷基化反應(yīng)修飾甲殼素晶須構(gòu)建出疏水性納米材料,并證明它對植物油的增稠作用；(4)通過表面陽離子化法制備部分脫乙�；募讱に丶{米纖維,利用其表面氨基的還原性原位合成金納米粒子并證明它在葡萄糖檢測中有潛在應(yīng)用；(5)利用NaOH/尿素溶劑體系直接制備甲殼素再生絲和無紡布,并證實(shí)它可促進(jìn)家兔開放性創(chuàng)口愈合,是有前途的新型醫(yī)用敷料。全文主要工作簡述為如下5個部分：通過酸水解法制備了甲殼素納米晶須,其平均長度和直徑分別為300和20nm。將其懸浮液與纖維素的NaOH/尿素溶液相混合制備生物相容的納米復(fù)合膜,并通過FT-IR, XRD、13C NMR、SEM、UV-Vis、TG及拉力測試等對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,甲殼素晶須與纖維素間具有較好的相容性,因此可以均勻分散于纖維素基底中。甲殼素晶須的加入顯著提高了復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該納米復(fù)合膜對HeLa和293T細(xì)胞均無明顯毒性,表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性,有望應(yīng)用于生物材料領(lǐng)域�；诩讱に鼐ы毜膒H響應(yīng)行為,成功構(gòu)建了海藻酸鈉／甲殼素晶須復(fù)合凝膠。中性條件下,帶正電的甲殼素晶須均勻分布于帶負(fù)電的海藻酸鈉水溶液中,形成聚電解質(zhì)復(fù)合物。由于二者間強(qiáng)烈的靜電相互作用,復(fù)合凝膠的力學(xué)強(qiáng)度相比純海藻酸鈉凝膠大幅增強(qiáng),而其在鹽溶液中溶脹性則受到顯著抑制。由于甲殼素納米晶須的加入,復(fù)合凝膠結(jié)晶度升高,且呈現(xiàn)出與細(xì)胞外基質(zhì)相似的多層次孔洞結(jié)構(gòu)。因此,當(dāng)復(fù)合凝膠應(yīng)用于MC3T3-E1成骨細(xì)胞的培養(yǎng)基底時,顯示出良好的生物相容性和較低的細(xì)胞毒性。熒光顯微鏡和掃描電鏡的結(jié)果表明,甲殼素晶須的加入顯著促進(jìn)了成骨細(xì)胞在復(fù)合凝膠表面的粘附和增殖,顯示出復(fù)合凝膠在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。用簡單的烷基化反應(yīng)對甲殼素晶須進(jìn)行表面疏水修飾,可應(yīng)用于食用油增稠。FT-IR、XRD、13C NMR及DSC結(jié)果證明長鏈烷烴成功接枝到甲殼素晶須表面并賦予甲晶須高度疏水性及熱轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。由于長鏈烷烴與甲殼素骨架間存在疏水相互作用,導(dǎo)致熱壓-冷卻過程中形成微納米結(jié)構(gòu)的晶體排列,表面粗糙度顯著增加。因此,通過對修飾后的晶須進(jìn)行熱壓,可構(gòu)建接觸角接近150。的高疏水表面。此外,修飾后的晶須可以在葵花籽油中穩(wěn)定分散并表現(xiàn)出顯著的增稠效果。且其分散液的粘度表現(xiàn)出溫度依賴性和剪切變稀行為,顯示其替代飽和脂肪酸作為食用油增稠劑的巨大潛力,而α-甲殼素的生物活性及生物相容性進(jìn)一步賦予其在食品、化妝品、藥品等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。通過表面陽離子化法制備了部分脫乙酰的甲殼素納米纖維CNFs,并以其為基底原位合成了納米金粒子AuNPs。由于CNFs表面少量氨基的還原作用和螯合作用,在合成過程中同時發(fā)揮還原劑和穩(wěn)定劑的雙重作用,原位生成的納米金粒子緊密固定在CNFs表面。納米金粒子的尺寸和形貌可通過改變CNFs濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。此外,CNF-AuNPs的懸浮液表現(xiàn)出類似過氧化酶的催化活性,且催化活性隨納米金粒子尺寸減小而增強(qiáng)。將其與葡萄糖氧化酶聯(lián)用,可通過比色法對葡萄糖濃度進(jìn)行檢測,檢出限低至94.5 nM。該方法具有選擇性高、成本低廉、環(huán)境友好、簡便高效以及可視化等優(yōu)點(diǎn),在臨床醫(yī)學(xué)以及食品檢測等方面具有潛在應(yīng)用前景。首次通過低溫溶劑體系制備了具有良好力學(xué)性能的甲殼素再生纖維。將甲殼素經(jīng)冷凍解凍溶解于11 wt% NaOH/4 wt%尿素水溶液中,通過濕法紡絲直接制備甲殼素再生纖維,然后將濕態(tài)纖維經(jīng)簡單的熱壓處理和溶劑置換可制備甲殼素?zé)o紡布。甲殼素纖維呈現(xiàn)光澤潔白的外觀,具有圓形截面。由于甲殼素在NaOH/尿素體系的再生及溶解均為物理過程,甲殼素再生纖維和無紡布均保留了α-甲殼素的特征結(jié)構(gòu)及生物活性,因此甲殼素?zé)o紡布用作家兔背部傷口敷料時,可顯著加速傷口愈合,相比傳統(tǒng)紗布可提前3-4天愈合。該工作為生物相容性甲殼素纖維材料的構(gòu)建打開了新思路,對于紡織產(chǎn)品和醫(yī)用材料的發(fā)展有著重要意義。本學(xué)位論文以甲殼素為原料,通過不同方法構(gòu)建出基于甲殼素的復(fù)合材料,并闡明其結(jié)構(gòu)與功能之間的構(gòu)效關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它們在生物醫(yī)用領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力。這些新材料中,由于甲殼素納米晶須、納米纖維及甲殼素再生纖維均保持了α甲殼素固有的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性,因此它們在細(xì)胞支架、組織工程、傷口敷料、食品日化、生物催化等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。該工作拓寬了可再生資源甲殼素的應(yīng)用范圍,同時為海產(chǎn)品廢棄物的“綠色”轉(zhuǎn)化提供了新的思路和方法,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。因此本論文具有重要的學(xué)術(shù)創(chuàng)新性與應(yīng)用前景。
[Abstract]:The research , development and application of chitin are studied by using chitin as raw material . The chitin whiskers and nano - fibers are extracted by chemical and mechanical methods .
( 3 ) the hydrophobic nano material is constructed by modifying the chitin crystal whisker through the alkylation reaction , and the thickening effect on the vegetable oil is proved ;
( 4 ) preparing partially deacetylated chitin nanofibers by a surface cationization method , synthesizing the gold nanoparticles in - situ by utilizing the reducing property of the surface amino group , and proving that the gold nanoparticles have potential applications in the glucose detection ;
A new kind of new medical dressing was prepared by means of acid hydrolysis . The results showed that chitin whisker had better compatibility with cellulose . The results showed that chitin whisker had good compatibility with cellulose . The results showed that chitin whisker had good biocompatibility and low cytotoxicity . A chitin non - woven fabric is prepared with chitin as raw material , and the chitin non - woven fabric can be used as raw material to prepare chitin non - woven fabric .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O636.1;R318.08
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本文編號：1802206