核磁共振對(duì)溫敏性殼聚糖水凝膠機(jī)理研究的探索.pdf

1、熱敏感水凝膠是那些對(duì)環(huán)境中各種條件的變化有敏感行為的“智能凝膠”家族的一部分，是目前生物材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。殼聚糖[(1，4)-2-胺基-2-脫氧-β-D葡聚糖]是由甲殼素經(jīng)化學(xué)改性得到的有廣泛應(yīng)用價(jià)值的天然生物多糖高分子材料。它是甲殼素(聚N-乙酰-D葡萄糖胺又名甲殼質(zhì)或幾丁質(zhì))，在堿性條件下脫乙酰作用的產(chǎn)物，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物材料應(yīng)用領(lǐng)域尤其是藥物緩釋方面有著廣泛的應(yīng)用。殼聚糖很容易通過化學(xué)和物理的交聯(lián)形成凝

2、膠體系，但是要得到溫度引發(fā)的殼聚糖水凝膠必須混入別的材料。一個(gè)很好的例子就是已經(jīng)研究了幾年的殼聚糖與磷酸甘油鹽的共混體系，其在一定條件下可在人體溫度即37"C時(shí)形成凝膠，這種特征使其成為在生物材料和組織工程領(lǐng)域中一個(gè)有趣的研究體系。 本課題的主要目的是利用核磁共振譜對(duì)殼聚糖和磷酸甘油鹽體系進(jìn)行研究并揭示其凝膠機(jī)理，同時(shí)開發(fā)其它一些有熱敏感凝膠傾向的體系。 對(duì)溫度誘導(dǎo)的凝膠機(jī)理的研究相對(duì)來(lái)講比較復(fù)雜，對(duì)于殼聚糖/磷酸甘油鹽

3、溫敏體系也是如此，但對(duì)體系機(jī)理的研究是發(fā)展該體系和開發(fā)同系溫敏性凝膠的基礎(chǔ)。目前對(duì)殼聚糖/磷酸甘油鹽的機(jī)理研究有一些推測(cè)，但是尚未有從分子水平出發(fā)的。核磁共振譜作為研究分子間作用力，混合體系不同組分之間的相互作用的有效手段還未運(yùn)用到殼聚糖和磷酸甘油二鈉鹽溫敏體系中。核磁共振譜中的化學(xué)位移能夠反映原子在分子結(jié)構(gòu)中所處的環(huán)境。變溫核磁譜中化學(xué)位移的變化可以反映在變溫過程中分子中某個(gè)官能團(tuán)與環(huán)境發(fā)生的相互作用。通過一系列不同比例的樣品變溫的<

4、'1>H NMR，<'31>PNMR測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)氫譜中氨基的化學(xué)位移和磷譜中磷酸根的化學(xué)位移都有著有規(guī)律的變化但是變化的方向相反，分別向高場(chǎng)和低場(chǎng)移動(dòng)。同時(shí)磷酸甘油鹽在混合物中的含量對(duì)溫敏體系的凝膠形成有很大的影響，隨著磷酸甘油鹽的增加，氫譜中化學(xué)位移的變化會(huì)越來(lái)越明顯。根據(jù)化學(xué)位移對(duì)溫度變化的曲線中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我們可以大致判斷體系開始發(fā)生凝膠轉(zhuǎn)變的溫度。從一系列的數(shù)據(jù)中我們可以推導(dǎo)出殼聚糖/磷酸甘油鹽混合溶液在溫度誘導(dǎo)作用在的凝膠機(jī)理

5、，即隨著溫度的升高，殼聚糖上氨基與水分子之間的氫鍵作用越來(lái)越弱而磷酸甘油鹽與水分子的作用越來(lái)越強(qiáng)；當(dāng)磷酸甘油鹽帶走大部分的氨基上的結(jié)合水時(shí)，暴露出來(lái)的氨基會(huì)與其他的殼聚糖鏈上的氨基或者羥基發(fā)生氫鍵相互作用形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，促使溶液向凝膠迅速轉(zhuǎn)變。另外，流變學(xué)測(cè)試也一定程度上驗(yàn)證了這個(gè)機(jī)理為了在殼聚糖/磷酸甘油鹽的基礎(chǔ)上發(fā)展另外的溫敏性水凝膠，同時(shí)根據(jù)上面我們提出的機(jī)理，我們選用氧代羧甲基殼聚糖與磷酸甘油鹽混合。羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖

6、衍生物，本身具有許多特性，如抗菌性強(qiáng)，具有保鮮作用等，是一種兩性的聚合物電解質(zhì)，是近年來(lái)研究得比較多的殼聚糖衍生物之一。O-羧甲基殼聚糖是指羧甲基化主要在氧上發(fā)生的產(chǎn)物。 本課題成功地制備了不同取代度和不同游離氨基含量的O-羧甲基殼聚糖并將它們與磷酸甘油二鈉鹽以不同的比例共混，得到一些系列的溫敏性水凝膠。流變學(xué)的數(shù)據(jù)表明，取代度較低的羧甲基殼聚糖(取代度0.25-0.4)與磷酸甘油鹽共混依然可以的到溫敏的水凝膠。不同的取代度和不

7、同游離氨基含量的羧甲基殼聚糖與磷酸甘油鹽共混，在相同的pH值時(shí)即磷酸甘油鹽的量相同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明羧甲基殼聚糖上游離氨基的含量越高則凝膠溫度越低；而固定的羧甲基殼聚糖與不同量的磷酸甘油鹽混合，則發(fā)現(xiàn)磷酸甘油鹽的量越多，凝膠溫度越低。通過HNMR對(duì)這一系列的水凝膠的變溫研究表明，不同羧甲基殼聚糖/磷酸甘油鹽中氨基的化學(xué)位移隨著游離氨基含量降低，其變化幅度減小。這說明了在羧甲基殼聚糖與磷酸甘油鹽相互作用形成水凝膠的過程中，氨基起了重要的作用