水凝胶中的抗菌技术

细菌感染及其耐药性是当今世界面临的巨大健康难题之一,每年给全世界造成了巨大的人员伤亡和经济损失。水凝胶是一种三维聚合物网络结构胶体,其亲水性好,具备独特的三维网络、良好的生物相容和细胞粘附性,因而水凝胶是一种适用于抗菌领域的新型生物材料,也有望于成为解决抗生素耐药性的潜力抗菌材料。根据相应的抗菌方式,水凝胶中的抗菌技术可以大致归纳为以下几类:(i)负载抗菌物质水凝胶;(ii)具有固有抗菌活性水凝胶;(iii)利用光响应疗法的抗菌水凝胶。文章简略介绍各种水凝胶抗菌技术的基本原理,方法和应用,并对未来存在的困难和挑战进行初步探讨。

ZnCl_(2)水合熔盐溶剂的开发及其对甲壳素的溶解

设计合成了一种绿色的氯化锌(ZnCl_(2))水合熔盐溶剂用于甲壳素的溶解及功能材料的制备。通过对比甲壳素原料和再生甲壳素的结构变化,表明以ZnCl_(2)·5H_(2)O为溶剂,能够在50℃下实现甲壳素的快速溶解,甲壳素的溶解度最大可达4%(甲壳素与溶剂的质量比)。在此基础上,利用该溶剂成功实现了从甲壳素原料到甲壳素凝胶材料的一步法制备。该甲壳素水凝胶的柔韧性、导电性和抗冻性良好,在可穿戴智能传感器的应用中展现出优异的肢体运动和面部表情检测性能,在柔性可穿戴电子设备领域具有广阔的应用前景。

蓖麻油基聚氨酯薄膜的制备及性能研究

为了探究蓖麻油基聚氨酯(castor oil-based polyurethane,CO-PU)薄膜最佳成膜条件及其综合性能,以蓖麻油(castor oil,CO)、二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4-diphenylmethane diisocyanate,MDI)为主要反应物,以过氧化二苯甲酰(benzoyl peroxide,BPO)为自由基引发剂,二月桂酸二丁基锡(dibutyltin dilaurate,DBTDL)为催化剂,控制单一变量,采用预聚体法,制备不同R值(-NCO与-OH物质的量之比)的CO-PU薄膜。探究不同R值、DBTDL含量和成膜固化温度对CO-PU薄膜的力学性能和成膜状态的影响,从而确定CO-PU薄膜的最佳成膜条件。结果表明,当R值为2.5,DBTDL含量为0.1‰,成膜固化温度为80℃时,CO-PU薄膜的抗拉强度和断裂伸长率分别达到36.4 MPa和49.05%,其铅笔硬度达到6H,吸水率为0.01%,水接触角最大为83.5°,有着较好的综合性能。该研究证实了通过改变CO-PU薄膜成膜条件,可以在一定程度上提升CO-PU薄膜的各项性能,为CO-PU薄膜后期的应用拓展以及其他性能研究奠定基础。

改性石墨烯/聚苯胺水性聚氨酯涂料力学及防腐性能研究

为了提高水性聚氨酯涂层防腐性能,以对苯二胺作为还原剂,采用Hummer法合成氧化石墨烯(GO)来得到改性石墨烯(PGO),最后与聚苯胺(PANI)进行复合制备得到PANI/PGO,将其作为填料加入水性聚氨酯乳液(WPU)中,混合均匀后涂刷至马口铁板上,对涂层进行FTIR和XRD表征.研究了复合涂层的热稳定性、力学性能、吸水性、疏水性能、耐腐蚀性能和耐酸碱性能.研究结果表明,复合涂层PANI/PGO2表现出较优异的耐腐蚀性能、耐酸碱性能及力学性能.当PGO含量为0.05%时,涂层抗拉强度达到19.8MPa,延伸率达到98.3%,涂层硬度5H,吸水率为2.26%,水接触角为70.3°,腐蚀速率可达到0.002mm/a,具备较好的防腐性能.改性石墨烯的添加,可以显著提高聚苯胺水性聚氨酯涂料的力学和防腐性能.

醇溶性氧化锌量子点的制备及其表征

氧化锌是新型的Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体原料。采用溶胶凝胶法,分别探究了反应温度,反应时间和反应物比例对氧化锌量子点制备的影响。使用扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度仪(UV-vis)、荧光光度仪表征了ZnO量子点的尺寸、形貌、结构和光学性能。ZnO量子点最佳制备条件:反应温度为70℃、时间为80 min、反应物(氢氧化锂∶氯化锌)比例为3∶1、且为稳定性好,荧光性能好的条形状氧化锌量子点。

褐煤腐殖酸的成因机理与提取研究——评《腐植酸类物质概论(第二版)》

褐煤是煤化程度最低的矿产煤,富含腐殖酸,是一种天然有机酸,具有多种功能,被广泛应用于化工生产、环保、农业种植、医药等领域。显然腐殖酸在人类生活中的应用前景较为广泛,但目前我国对褐煤的综合利用效率仍有待提高,为实现对褐煤资源的优质利用,实现从褐煤中高效率、工业化地提取制备腐殖酸类产品,文中对褐煤腐殖酸的形成机理、生态功能及提取制备等展开介绍。

聚多巴胺抗紫外特性及其应用

从化学结构、物理特性和生物保护方面阐述聚多巴胺(PDA)的抗紫外机制,总结了基于多巴胺自聚合制备纳米颗粒、贻贝胶囊、表面涂层的方法,将PDA抗紫外基材的应用场景按抗紫外膜、涂层、凝胶以及防晒制剂分类归纳,为进一步探究PDA抗紫外机理、扩展PDA复合材料应用提供参考。

单宁酸增强水凝胶的制备及其性能

单宁酸(TA)作为一种典型的农林生物质多酚,具有抗菌、抗氧化、抗紫外、生物相容性好等优点。水凝胶是一种具有三维交联网络结构的湿软材料,但传统的水凝胶存在机械性能较差、不具备黏附性等问题,很大程度上限制了其应用。TA分子上的苯三酚和儿茶酚基团会以氢键、π-π相互作用、疏水相互作用等方式与聚合物形成物理交联,从而提升水凝胶的机械性能与黏附性。以甘氨酸(Gly)为原料合成聚合单体N-丙烯酰基-2-甘氨酸(ACG),引入TA作为物理交联剂,成功制备单宁酸增强聚甘氨酸水凝胶,并测试分析其力学、黏附、电导率以及应变传感性能。研究结果表明,TA的引入使水凝胶交联网络更加致密,其应力逐渐增大,韧性值、黏附能则是呈现先增大后减小的规律。当TA/ACG质量比为1∶100时,制备的单宁酸增强水凝胶综合性能最优,断裂拉伸应变达到162%,应力为196 kPa,韧性值为143 kJ/m^(3),电导率为1.48 mS/cm,对猪皮的黏附能达到17.68 kPa,且对不同基材具备黏附性能。因此,TA的引入有效增强了水凝胶网络,使其力学、黏附等性能均得到提升。将制备的单宁酸增强水凝胶组装成柔性电阻式传感器,该传感器对水凝胶的形变具有较好的灵敏度,实现了将手指、手肘等运动信号转变为稳定的电信号。本研究为开发绿色可持续、自黏附的生物基柔性电子传感器件提供了一种十分有前景的策略。

二氧化锰纳米棒掺杂纤维素复合膜用于压电纳米发电机

纤维素是地球上最丰富的天然高分子资源。具有可再生、成本低和生物相容性好等优点,同时纤维素的高结晶性和丰富的极性羟基使其具有大量偶极子和较强的给电子能力,具有良好的压电效应,可作为绿色电子产品的原料。本文采用水热法制备了纯度高、粒径小和分散性好的二氧化锰纳米棒(MnO_(2)),并将其掺杂到Ⅰ型纤维素中制成MnO_(2)/纤维素复合膜,考察不同质量分数的MnO_(2)对复合膜压电纳米发电机电流输出性能的影响。随着MnO_(2)的增加,输出电流呈现先增大后减小的趋势。MnO_(2)掺杂质量分数为30%时,复合膜最大热失重速率温度为325℃,比纯纤维素提高了44℃。复合膜与纯纤维素和MnO_(2)的O1s结合能值均不同,证明纤维素与MnO_(2)之间存在化学键合作用。使用MnO_(2)/纤维素复合膜制成了可达微安级电流的压电纳米发电机,其最大输出电流为80.75μA,输出电压为1.10 V。在手指的按压下,此压电纳米发电机能够驱动LED灯、计算器和电子手表等多种电子产品。此新型绿色环保压电纳米发电机的研究是以纤维素为基质,同时MnO_(2)的掺杂还提高了能量收集效率,为推动纳米发电机技术的发展提供了新思路。

配体辅助Ni(Ⅱ)离子印迹材料的制备及性能

采用沉淀聚合法,以Ni(Ⅱ)离子为模板离子,邻氨基吡啶为配体,丙烯酰胺为功能单体,系统优化印迹条件,制备一系列Ni(Ⅱ)离子印迹聚合物Ni(Ⅱ)-IIP_(1-20)及相应的非印迹聚合物Ni(Ⅱ)-NIP_(1-20)。采用SEM(扫描电镜)、FT-IR(红外光谱)等对较优条件下制备的Ni(Ⅱ)-IIP_(3)及Ni(Ⅱ)-NIP_3进行结构表征,通过动力学吸附实验和等温吸附实验等进一步探究其吸附行为。结果表明:Ni(Ⅱ)-IIP_3对Ni(Ⅱ)离子的平衡吸附量达109.48 mg/g,印迹因子为3.70,是典型的介孔材料。其表面存在吸附Ni(Ⅱ)离子的特异性印迹孔穴,吸附行为更符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型。此外,在“竞争离子”Co(Ⅱ)离子存在的条件下,Ni(Ⅱ)-IIP_3对Ni(Ⅱ)离子仍具有较强的吸附能力和良好的吸附选择性,是一种性能优异的新型吸附材料。

基于双功能单体的Ni(Ⅱ)离子印迹复合膜的制备及性能研究

采用沉淀聚合法,以Ni(Ⅱ)离子为模板离子,α-甲基丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺为双功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,通过正交试验设计,对制备Ni(Ⅱ)离子印迹复合膜的实验条件进行系统优化,制备了16种Ni(Ⅱ)离子印迹复合膜[Ni(Ⅱ)-IICMs]和相应的非印迹复合膜(NICMs),得出制备Ni(Ⅱ)-IICMs的较优实验条件。采用平衡吸附实验对Ni(Ⅱ)-IICMs和NICMs进行吸附量和印迹因子评价,结果表明:在较优实验条件下制备的Ni(Ⅱ)-IICM_(8),平衡吸附量为1.286mmol/g,印迹因子为1.737。采用红外光谱、扫描电镜、氮气吸附/脱附等手段对Ni(Ⅱ)-IICM_(8)和相应NICM_(8)的内部结构及表面形貌进行表征。使用动力学吸附和等温吸附实验对Ni(Ⅱ)-IICM_(8)和NICM_(8)的吸附行为进行研究,结果表明:Ni(Ⅱ)-IICM_(8)对Ni(Ⅱ)离子的吸附,在较短时间内即可快速达到吸附平衡,且在不同浓度的溶液中都有较好的吸附效果。在不同温度下,探究Ni(Ⅱ)-IICM_(8)的吸附行为,结果表明Ni(Ⅱ)-IICM_(8)具有良好的“温度响应性”。综上所述,说明实验研究制备的Ni(Ⅱ)-IICM_(8),有望用于实际样品中Ni(Ⅱ)离子的分离和去除。

弱碱性低共熔溶剂溶解角蛋白过程及氢键机制

利用低共熔溶剂(DES)较强的氢键拆解能力定向解构角蛋白分子间的次级键,结合还原剂和DES高效断裂二硫键的能力,建立了一种弱损溶解并提取鸡毛中角蛋白的方法。以氯化胆碱为氢键受体(HBA)、乙醇胺、乙二醇、乳酸等为氢键供体(HBD),设计合成了3类(碱性、中性和酸性)13种功能性的DES,考察了还原剂用量(以鸡毛质量为基准,下同)、温度、DES中水质量分数对角蛋白相对分子质量和提取率的影响,通过密度泛函(DFT)理论计算和溶剂显色参数分析了DES内部的氢键网络结构,研究了DES对鸡毛角蛋白的弱损溶解机制。结果表明,以乙醇胺为HBD,不添加还原剂,在n(乙醇胺)∶n(氯化胆碱)=2∶1、DES中不含水、温度65℃、0.5h的最优条件下,再生角蛋白提取率为31.8%,相对分子质量最高,为66000。以乙醇胺为HBD制备的DES具有还原性,作为碱性DES,其内部的氢键数量多,氢键作用小,氢键能低,可以打乱鸡毛内部的氢键网络,而不会对鸡毛二级结构造成太大破坏。

海藻酸钠/微晶纤维素复合水凝胶对水中甲基橙和亚甲基蓝的吸附性能与机理

以海藻酸钠(SA)和微晶纤维素(MCC)为原料,合成海藻酸钠/微晶纤维素复合水凝胶(SA/MCC),对制备的复合水凝胶进行结构表征,并研究其对水中甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能、模型和机理。结果表明,SA/MCC-20去除MO和MB的最佳pH分别为2和12,吸附模型更符合拟二级模型和Langmuir模型,最大吸附容量可达331.25mg/g、253.31mg/g。通过改变水溶液的pH,MO和MB均可在SA/MCC-20表面实现有效的吸附和解吸从而回收利用。经过5次吸附-解吸循环后,在最佳pH下SA/MCC-20对MO和MB的解吸率仍达91.52%和85.41%。SA/MCC对MO和MB具有较强的吸附能力,吸附机理主要包括静电吸引、范德华力、氢键作用、π-π堆积、孔扩散、孔填充等,并以化学吸附为主,物理吸附为辅。

氨基酸组成及分子表面属性对胶原与盘状结构域受体DDR2结合能力的影响

本工作利用ELISA实验和细胞黏附实验研究了不同物种来源的胶原样本与盘状结构域受体DDR2及人舌鳞癌细胞CAL-27的结合能力,并进一步探讨了氨基酸组成对胶原与细胞受体DDR2结合能力的影响。结果表明,不同来源的胶原样本与DDR2及CAL-27细胞的结合能力存在显著性差异,其中,哺乳动物胶原的结合能力明显大于鱼类胶原,各鱼类胶原之间也存在差异性。通过分析胶原蛋白的氨基酸组成与胶原-受体DDR2结合能力之间的相关性可知,胶原-DDR2结合能力与天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、酸性氨基酸、带电荷极性氨基酸、非极性氨基酸呈负相关,与羟脯氨酸、亚氨基酸、羟基化率(%)、不带电荷极性氨基酸、总极性氨基酸呈正相关(P<0.05)。与此同时,进一步研究了胶原蛋白分子的表面属性对胶原-受体DDR2结合能力的影响。分析表明,较低的Zeta电位绝对值或较高的亲水性均有助于胶原与DDR2的结合。

大豆分离蛋白基高分子凝胶构建及性能研究

目的:通过对天然高分子的改性,制备多重敏感性的凝胶,以制备可用于药物缓释的载体材料。方法:以大豆分离蛋白(SPI)为原料,添加壳聚糖(CS)与丙烯酰胺(AM),以过硫酸铵(APS)为引发剂,以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,原位引发聚合,制备SPI/AGC凝胶,并对SPI/AGC水凝胶进行敏感性和体外释放性能测试。结果:SPI/AGC凝胶具备pH敏感性和较好的溶胀性能,溶液pH值越大其溶胀能力越好。对模型药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的负载和体外释放研究表明,在人工肠液中释放84 h,SPI/AGC对5-FU的累积释放率达到最大值(67.27%),具有较好的缓释性能。结论:本文制备的SPI/AGC凝胶在生物医药领域具有广泛的应用前景。

羧甲基壳聚糖乙醇消毒凝胶的制备

研究了乙醇羧甲基壳聚糖消毒凝胶体系,探讨了羧甲基壳聚糖及乙醇含量对凝胶性能及表观特征的影响,设计出以羧甲基壳聚糖、高浓度乙醇为核心有效成分且无副作用的消毒凝胶。该消毒凝胶乙醇与羧甲基壳聚糖二者相互协同增效,在保障杀菌效果的同时,能够使手感舒适,对皮肤起到保湿作用。实验结果表明,含有70%的乙醇与含有2.0%的羧甲基壳聚糖的消毒凝胶具有较好的杀菌抑菌性能。

羧甲基纤维素/聚乙烯亚胺气凝胶对Ni(Ⅱ)的吸附性能研究

通过环氧氯乙烷交联羧甲基纤维素钠(SC)和聚乙烯亚胺(PEI)制备含胺基和羧基的多孔气凝胶(PSC),应用于废水中Ni(Ⅱ)的吸附。研究PSC的组成、溶液pH、处理时间和Ni(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响。结果表明:SC与PEI质量比为1∶5的PSC在pH=4.0的条件下具有最大吸附容量(>190mg/g);吸附行为符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型;在投料量为1.0g/L条件下,PSC可将实际水体中10mg/L的Ni(Ⅱ)降低至国家污水排放标准以下。X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等分析表明离子交换与Ni(Ⅱ)和羧基及胺基间的络合作用是吸附的主要机理。

AgPd双金属纳米空心球的合成及其催化性能

以Ag纳米颗粒为牺牲模板,H_(2)PdCl_(4)为前驱体,抗坏血酸为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,在70℃下采用电偶置换法结合还原法制备出AgPd双金属纳米空心球。采用紫外可见光谱、粉末X射线衍射、透射电镜结合能量色散等手段对由不同体积的0.01 mol·L^(-1)H_(2)PdCl_(4)溶液制备的产物进行结构表征。结果表明,随着H_(2)PdCl_(4)溶液体积的增加,产物的空心化程度逐渐升高,晶粒的尺寸逐渐增大。当H_(2)PdCl_(4)溶液体积为120μL时,合成的AgPd双金属纳米空心球组成和结构较为均匀,其粒径约为25 nm,壳层厚度2~3 nm。双金属中,由于Ag和Pd电负性的差异,电子从Ag转移到了Pd,使Pd表面出现电子富集区,显著提高了其催化效率。将所合成的AgPd双金属以及纯金属Ag和Pd作为催化剂,分别用于硼氢化钠催化还原4-硝基苯酚的反应,发现AgPd双金属的催化性能远高于纯金属Ag和Pd,其中AgPd-120纳米空心球(H_(2)PdCl_(4)溶液体积120μL)作催化剂时的反应速率常数最高,是同等尺寸纯Ag纳米球的24.0倍,纯Pd纳米立方体的14.7倍。

胺基改性甲壳素气凝胶的制备及其Cu(Ⅱ)的吸附性能

利用环氧氯丙烷交联溶液中的甲壳素与聚乙烯亚胺制备胺基改性甲壳素气凝胶(CP),并应用于铜离子(Cu(Ⅱ))的去除。采用FT-IR和SEM表征吸附前后CP的结构变化,证明其良好的稳定性。研究原料组成、溶液pH与共存化合物对吸附的影响以及吸附动力学和吸附等温过程。结果表明,甲壳素与聚乙烯亚胺质量组成比为1:8的条件下制备的CP在pH为5.5的溶液中具有较大的Cu(Ⅱ)吸附量(>160 mg·g^(-1));吸附过程属于化学吸附过程,符合Langmuir等温吸附模型;CP对Cu(Ⅱ)的去除受共存化合物氯化钠与葡萄糖的影响低,可重复使用,经6次循环后保持首次去除率的72%。

不同溶剂体系制备再生竹纤维素膜及其性能

为寻找制备再生竹纤维素(RBC)膜合适的溶剂体系,本研究分别采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)离子液体(ILs)、氢氧化钠/尿素(NaOH/urea)、二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)以及传统的铜乙二胺(CED)和二硫化碳/氢氧化钠(CS_(2)/NaOH)6种溶剂体系溶解竹纤维素(BC),通过温度可控平板刮膜实验装置,刮膜后利用相转换法制备RBC膜,研究膜的形貌结构、化学组成、结晶结构、热稳定性、力学性能和透光性能。结果表明,所有膜的化学组成类似于竹纤维素,结晶结构为纤维素Ⅱ型,结晶度低于竹纤维素。NMMO、ILs和NaOH/urea膜的热稳定性最高;NMMO、ILs、Na OH/urea和DMAc/LiCl膜的拉伸强度均较高;Na OH/urea和ILs膜的透光率最高;CS_(2)/NaOH膜的热稳定性、拉伸强度和透光率均最低。NMMO、ILs和Na OH/urea溶剂体系在满足再生竹纤维素膜市场和环境要求方面具有巨大潜力。