纖維素基新型水凝膠制備與應用

近年來，水凝膠因具有含水量高、柔韌性好、黏彈性高以及獨特的刺激響應特性等優勢受到了廣泛關注。合成聚合物的大規模使用既不符合綠色、可持續發展理念，也會因潛在的毒性而限制其在生物、醫藥等領域的應用，但利用生物質天然高分子代替合成高分子制備水凝膠有望解決上述問題。
纖維素作為世界上儲量最豐富的生物質天然高分子材料之一，除了具備可再生、廉價、環境友好、生物可降解等天然高分子固有的優勢外，還具有表面羥基多、易于化學改性等優勢?；诖?，纖維素基水凝膠得到了大量的開發和應用。
本書著眼于當前纖維素基水凝膠的研究熱點，從纖維素基可吸附水凝膠、纖維素基自修復水凝膠及纖維素基可注射水凝膠三個方面重點介紹纖維素基水凝膠的制備和應用。此書主要針對纖維素基水凝膠材料，對從事纖維素基水凝膠材料的研究者具有重要參考價值。
從事纖維素基水凝膠材料的研究者在閱讀本書時，可以根據自己的研究領域首先重點閱讀與自己研究方向相符的部分，以快速了解該領域研究前沿性工作；其次，與自己研究領域不相符的部分，則可以作為知識性閱讀，畢竟研究思路都是相通的，往往好的研究方向都是從其他研究領域獲得的靈感。
本書由付時雨、劉小紅、沈娟莉、汪穎等共同編寫而成。本書加入了博士劉小紅、肖桂法以及周益明博士畢業論文相關內容。通過課題組做的與纖維素基水凝膠相關的工作，能夠幫助廣大讀者更加深刻地了解纖維素基水凝膠的制備過程和應用價值。
最后，感謝本書的編寫人員對本書的付出，感謝化學工業出版社的編輯對本書修改提出的寶貴意見。
限于作者水平，書中不妥之處，敬請讀者批評指正。

作者
2023.5

付時雨，博士，華南理工大學/輕工科學與工程學院教授，近年來分別申請到“纖維素基近紅外刺激響應可注射載藥水凝膠的研究“提升纖維素基綠色自修復水凝膠強度和響應速度的關鍵問題研究”的廣東省自然科學基金或面上項目。在纖維素基可注射水凝膠、纖維素基自修復水凝膠及纖維素基吸附水凝膠方面取得了一系列進展。

本書著眼于當前纖維素基水凝膠的研究熱點，緒論部分對纖維素及纖維素基水凝膠的性質等做了較為詳細的介紹，正文則分別從纖維素基可吸附水凝膠、纖維素基自修復水凝膠及纖維素基可注射水凝膠三個方面重點介紹纖維素基水凝膠的制備和應用?？偨Y了纖維素基水凝膠方面取得的最新成果。
此書對從事纖維素基水凝膠材料的研究者具有重要參考價值。

1緒論 1
1.1 纖維素概述 1
1.2 纖維素衍生物 2
1.3 納米纖維素 3
1.4 纖維素基水凝膠 5

2纖維素基可吸附水凝膠 7
2.1 纖維素基可吸附水凝膠的制備 8
2.1.1 纖維素基可吸附水凝膠物理交聯 8
2.1.2 纖維素基可吸附水凝膠化學交聯 13
2.2 纖維素基可吸附水凝膠的應用 18
2.2.1 污染物吸附 18
2.2.2 水油分離 20
2.2.3 藥物緩釋 20

3纖維素基自修復水凝膠 22
3.1 纖維素基自修復水凝膠的制備 23
3.1.1 物理交聯纖維素基自修復水凝膠 24
3.1.2 化學交聯纖維素基自修復水凝膠 29
3.2 纖維素基自修復水凝膠的應用 36
3.2.1 在刺激響應性方面的應用 36
3.2.2 在電子器件方面的應用 39

4纖維素基可注射水凝膠 42
4.1 纖維素基可注射水凝膠的制備 43
4.1.1 纖維素基可注射水凝膠形成方式 43
4.1.2 反應類型 46
4.2 纖維素基可注射水凝膠的應用 53
4.2.1 在藥物輸送方面的應用 53
4.2.2 在組織工程方面的應用 54
4.2.3 在創傷修復方面的應用 57

5纖維素基水凝膠染料吸附行為的研究 59
5.1 實驗過程 60
5.1.1 材料 60
5.1.2 C-g-AA水凝膠的合成 61
5.1.3 C-g-AA水凝膠的表征 61
5.2 結果與討論 64
5.2.1 C-g-AA水凝膠的制備 64
5.2.2 FTIR分析 65
5.2.3 不同溶液介質中C-g-AA水凝膠溶脹行為分析 66
5.2.4 C-g-AA水凝膠對MB的吸附行為研究 72

6納米纖維素酰腙自修復水凝膠的制備與性能研究 78
6.1 實驗過程 79
6.1.1 實驗原料 79
6.1.2 纖維素納米晶體及雙醛纖維素納米晶體的制備 80
6.1.3 酰肼封端聚乙二醇的制備 81
6.1.4 水凝膠的制備 82
6.1.5 水凝膠的力學性能測試 83
6.1.6 水凝膠的自修復性能測試 83
6.1.7 水凝膠的生物相容性測試 84
6.1.8 表征 85
6.2 結果與討論 86
6.2.1 凝膠因子DACNCs和HZ-PEG-HZ的制備 86
6.2.2 pH和凝膠因子濃度調控下水凝膠的制備 90
6.2.3 水凝膠的力學性能 94
6.2.4 水凝膠的自修復性能 96
6.2.5 水凝膠的生物相容性 99
6.2.6 水凝膠形成及自修復機理分析 99

7納米纖維素自修復和形狀記憶導電水凝膠制備及其應變傳感性能 103
7.1 實驗過程 104
7.1.1 實驗原料 104
7.1.2 CNCs接枝4-ABA 104
7.1.3 水凝膠的制備 105
7.1.4 水凝膠的力學性能測試 105
7.1.5 水凝膠自修復測試 106
7.1.6 水凝膠形狀記憶測試 106
7.1.7 水凝膠導電性能及應變傳感測試 106
7.1.8 水凝膠生物相容性測試 107
7.1.9 表征 107
7.2 結果與討論 108
7.2.1 CNCs-ABA的制備及其對MWCNTs的分散穩定作用 108
7.2.2 水凝膠的制備及其力學性能 111
7.2.3 水凝膠的快速自修復性能 114
7.2.4 水凝膠的形狀記憶性能 116
7.2.5 水凝膠的導電及應變傳感性能 118
7.2.6 水凝膠的生物相容性 122
7.2.7 水凝膠的自修復和形狀記憶兼容性機理分析 123

8纖維素基熱響應可注射載藥水凝膠的研究 125
8.1 實驗過程 126
8.1.1 實驗原料 126
8.1.2 MCC的溶解 127
8.1.3 cellulose-IBBr的合成 127
8.1.4 cellulose-g-PNIPAAm的制備 127
8.1.5 MCC聚合度的測定 128
8.1.6 cellulose-g-PNIPAAm的CMT和CMC測量 128
8.1.7 cellulose-g-PNIPAAm可注射熱響應水凝膠的溶膠-凝膠轉換 129
8.1.8 cellulose-g-PNIPAAm 可注射熱響應水凝膠體外釋放DOX的研究 129
8.1.9 cellulose-g-PNIPAAm 可注射熱響應水凝膠的生物相容性測試 130
8.1.10 表征 131
8.2 結果與討論 133
8.2.1 cellulose-IBBr及cellulose-g-PNIPAAm的合成 133
8.2.2 cellulose-g-PNIPAAm的熱性能分析 136
8.2.3 cellulose-g-PNIPAAm的自組裝行為 137
8.2.4 cellulose-g-PNIPAAm可注射水凝膠的溶膠-凝膠相轉變行為 139
8.2.5 cellulose-g-PNIPAAm可注射水凝膠的形貌 140
8.2.6 cellulose-g-PNIPAAm可注射水凝膠的力學性能 140
8.2.7 DOX在cellulose-g-PNIPAAm 可注射水凝膠中的體外釋放 141
8.2.8 cellulose-g-PNIPAAm可注射水凝膠的細胞相容性研究 142
8.2.9 cellulose-g-PNIPAAm可注射水凝膠成膠和載藥機理分析 143

參考文獻 146