羧纤维素钠/壳聚糖自组装多层膜

摘要：层层自组装技术是制备超薄膜的有效途径,通过转变组装参数能够调节膜的物理和化学性能,真正实现在纳米尺度上制约超薄膜的结构与性能,在图案化超薄膜、纳米孔或微孔超薄膜以及表面功能化等领域受到越来越多的关注。壳聚糖(Chitosan,CHI)是天然多糖甲壳素脱乙酰基的产物,具有很好的成膜性、生物相容性、生物可降解性和抗菌、促凝血等众多优异性能而被广泛用于生物医药领域。更为重要的是它是自然界中唯一的一个带正电荷的天然高分子,可以和许多聚阴离子进行组装制备生物超薄膜,若所利用的聚阴离子也是天然高分子,同样具有生物相容性、生物可降解性等性能,这种完全由天然高分子组装的超薄膜可避开合成材料在生物医药领域实际运用中对人体产生副作用,具有广阔的运用前景。利用自组装技术制备具有特殊纳米结构和功能的壳聚糖超薄膜有望用于物体表面改性、药物控释系统和生物传感器领域,具有重要的实际作用。对壳聚糖组装行为的探讨可为特殊纳米结构和功能的壳聚糖超薄膜的制备提供论述依据和指导。鉴于此,本论文采取层层自组装技术制备了壳聚糖(CHI)和羧纤维素钠(Carboxymethyl Cellulose, CMC)多层膜,利用石英微量天平探讨了组装溶液pH和NaCl浓度对羧纤维素钠／壳聚糖组装行为的影响,并进行了初步的论述浅析,探讨了多层膜非线性增加方式的实质；利用原子力显微镜探讨了组装膜表面形貌随组装层数的演变历程,探讨了组装溶液pH和NaCl浓度对该系统多层膜表面形貌的影响。主要探讨结果如下：1. CMC/CHI自组装系统在pH小于2.0的条件下组装行为是禁阻的,只有在pH大于2.0时组装才能够发生；组装溶液pH在2.0-5.0范围内,自组装多层膜的增加都是呈指数增加。2.QCM探讨结果表明：随着pH的增加,相同层数膜的组装量先增加再减少,pH=3.0时达到最大值,15层膜的厚度可达1.4gm；同一pH下随着层数的增加,每层的吸附量逐渐增加到一个相对稳定的值。在低盐浓度范围内(0-0.2M)随着NaCl浓度的升高,组装量随之增加,0.1M时18层膜的厚度为0.9μm；当浓度大于0.2M时,组装量随着NaCl浓度的升高反而下降。组装溶液pH值对CMC/CHI系统组装行为的影响要大于NaCl浓度的影响。3.以膜的AFM表面形貌上看,膜生长历程可分为两个阶段。pH=3.0和pH=4.00.1M NaCl条件下第一阶段增加主要是表面突起数量的增加,对应的层数分别为4和6,第二阶段都体现为连续膜的增加,表面凸凹不平；pH=4.0条件下,第一阶段的增加体现为突起尺寸的增加,对应的层数为8,第二阶段体现为连续膜的增加,膜表面较为平整。4.溶液pH对膜形貌的影响要大于盐浓度的影响。当膜的层数同样为15层时,pH=3.0膜表面突起直径大约在2μm,平均高度约为700nm,均方粗糙度(Rms)为150nm；pH=4.0膜表面突起尺寸较小,平均直径在80nm,高度约为80m,其均方粗糙度Rms约为20nm；pH=4.0、0.1M NaCl膜表面突起平均直径在600nm左右,高度约为200nm,膜的Rms约为50nm。5.亚蓝吸附实验表明：CMC和CHI自组装膜的成膜驱动力来源于膜表面电性反转。接触角探讨结果显示纯CMC和CHI的接触角分别为45°和75°,当CMC为多层膜最外层时,接触角平均约为60°,表明相邻下层的CHI能够穿透表面层,膜表面层由CMC和CHI混合组成；当CHI为多层膜最外层时,接触角平均为75°,表明下层的CMC基本没有穿透表面层而到达膜表面,膜表面层完全由CHI组成。关键词：羧纤维素纳论文壳聚糖论文层层自组装论文石英微量晶体天平论文表面形貌论文

摘要4-6

Abstract6-8

目录8-11

第一章 前言11-26

1.1 超薄膜的制备策略11-13

1.1.1 LB膜技术11

1.1.2 化学吸附自组装技术11-12

1.1.3 旋涂技术12

1.1.4 层层组装技术12-13

1.2 静电组装技术13-18

1.2.1 基底13-14

1.2.2 多层膜组装历程14-15

1.2.3 多层膜结构调控15-18

1.3 自组装膜表征策略18-21

1.3.1 石英晶体微量天平18-19

1.3.2 原子力显微镜19-21

1.3.3 其他表征策略21

1.4 LBL技术在生物医药领域的运用21-24

1.5 本课题的目的、探讨内容与作用24-26

第二章 羧纤维素钠/壳聚糖多层膜的生长历程26-48

2.1 实验原料26

2.2 实验仪器26

2.3 原料浅析26-31

2.3.1 壳聚糖脱乙酰度的测定27-29

2.3.2 羧纤维素钠取代度的测定29-31

2.4 CMC/CHI多层膜的制备与表征31-36

2.4.1 溶液的配制31

2.4.2 紫外-可见光光谱31-32

2.4.3 石英微重天平32-35

2.4.4 红外光谱35-36

2.5 结果浅析与讨论36-47

2.5.1 浊度浅析36

2.5.2 组装历程探讨36-44

2.5.3 多层膜增加机理44-46

2.5.4 化学结构浅析46-47

2.6 小结47-48

第三章 羧纤维素钠/壳聚糖多层膜表面形貌探讨48-80

3.1 实验部分48-52

3.1.1 实验原料48

3.1.2 实验仪器48

3.1.3 多层膜的制备与表征48-52

3.2 结果与讨论52-79

3.2.1 pH=3.0条件下多层膜表面形貌52-58

3.2.2 pH=4.0条件下多层膜表面形貌58-64

3.2.3 pH=4.0、0.1M NaCl条件下多层膜表面形貌64-71

3.2.4 吸附量和突起尺寸之间的联系71-74

3.2.5 溶液pH和NaCl浓度对多层膜表面形貌的影响74-76

3.2.6 膜层间穿插结构探讨76-79

3.3 小结79-80

结论80-81