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甘蔗渣是甘蔗经过压碎和提取汁液后得到的残渣,是最大的纤维素工业副产品之一。由于甘蔗的广泛栽培,甘蔗渣废料成本低、绿色环保和可再生而被视为制造新材料的理想原料。以纤维素为基材制备的智能水凝胶(环境敏感型水凝胶)在药物控制释放、生物材料和废水处理等方面都有着广阔的应用前景,已经成近年来新材料开发研究的热点。本文以甘蔗渣纤维素(SBC)为主要原料,制备几种具有不同环境敏感性的智能水凝胶,对水凝胶的结构和性能进行了研究,并探讨了水凝胶在药物缓释中的潜在应用。主要研究内容和结果如下:1、通过使用亚硫酸钠和氢氧化钾对甘蔗渣浆进行预处理,去除甘蔗渣中的半纤维素和木质素等杂质,得到高纯度的甘蔗渣纤维素。SEM结果表明,未处理的原始纤维表面比较致密、紧实,经过处理后的纤维变得较短且柔软,表面分离出更多细小的纤维。2、以SBC和羧甲基纤维素(CMC)为原料,在低温环境中分别溶于NaOH/尿素水溶液体系,环氧氯丙烷(ECH)为交联剂制备SBC/CMC水凝胶。以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为温敏单体,通过互穿聚合物网络(IPN)分步合成方法,成功制备出新型的具有IPN结构的SBC/CMC-NIPAm水凝胶。SEM和FTIR的结果可以看出,SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶均为多孔结构,两个网络在水凝胶中表现出良好的相容性和均匀的形貌,第一和第二网络的存在是相互独立的。压缩测试结果表明水凝胶具有较好的机械强度,SBC/CMC(2:1)水凝胶表现出最佳的力学性能,最大可承受80KPa的压缩应力。通过对水凝胶平衡溶胀比和再溶胀能力的研究,测试了 SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶的溶胀能力,并证明其具有pH和温度敏感性。3、以SBC/CMC水凝胶和IPN水凝胶为载体,牛血清白蛋白(BSA)为药物模型,对水凝胶的载药及药物缓释性能进行初步的研究。无论是IPN型还是非IPN型水凝胶,在前60分钟都表现出爆发释放,然后缓慢释放直至平衡。在模拟胃液(SGF,pH=1.35)中累积释放的BSA量明显高于在磷酸缓冲液(PBS,pH=7.4)中的释放量,证明了 pH敏感性对药物释放的影响。在37℃环境下的释放量远大于23℃时的释放量,前者释放量是后者的两倍以上。而且在23℃环境下IPN水凝胶的释放量仅是SBC/CMC水凝胶释放量的1/2。证明了温度敏感性对药物释放的影响。4、以SBC和海藻酸钠(SA)为原料,成功制备具有pH敏感性的大孔水凝胶。通过表征可以看出SBC/SA水凝胶比纯SBC水凝胶孔径更大,SBC/SA水凝胶中两种成分之间发生了化学反应形成一个整体,,SA的加入降低水凝胶的热稳定性。在纤维素水凝胶中引入SA能显著增加凝胶的孔径和溶胀能力,纤维素的半刚性链起到了支撑孔壁的作用。通过水凝胶在不同pH值环境中的溶胀度可以看出,SBC/SA水凝胶的溶胀比和pH值有明显关联,说明海藻酸钠的存在使水凝胶具有了 pH敏感性。