壳聚糖水凝胶的制备工艺及其对蛋白质吸附的影响
第Ⅰ部分：文献综述
一、水凝胶简介
水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。
制备水凝胶的高分子材料可以是天然的或合成的。 天然高分子组成的水凝胶在生物相容性、 细胞控制降解、 无毒、 应用安全上有潜在的优势。 然而, 天然高分子材料稳定性较差, 相对而言,合成的水凝胶能精确控制其结果及功能,且可供选择的品种较多。但与天然高分子材料相比,合成高分子材料必须严格地控制材料中混杂的未反应单体、 残余引发剂或催化剂和小分子副产物等,以避免可能由此产生的生物不相容性和药物的不良相互作用问题。近几年不少科学家开始了天然高分子与合成高分子的共混合成水凝胶的研究工作,这也将是今后的一个重要课题。
天然高分子水凝胶包括：胶原质、透明质酸酯（盐）、纤维素、壳聚糖、海藻酸盐等。
合成高分子水凝胶包括：聚丙烯酸类及其衍生物、聚丙烯酰胺类及其衍生物、聚乙烯醇、聚磷腈、聚肽等。
二、水凝胶的应用
具有可逆响应性,在水中可以溶胀的凝胶。由于这类材料对外来刺激的可逆响应性使其在分子器件, 调光材料, 生物活性物质的温和、 高效分离, 酶和细胞的智能固定化以及药物可控释放等高新技术领域有广泛应用.本文将就分子器件、 调光材料和生物医学三方面的应用做一详细综述。
(1) 分子器件
利用智能凝胶在外界刺激下的变形、 膨胀、 收缩产生的机械能, 可以实现化学能和机械能的直接转换,从而开发出以凝胶为主体的化学阀、 驱动器、 传感器、 药物控制释放系统、 分子分离系统等微机械产品。
用凝胶制作微机械元件, 由于凝胶柔软有弹性且其弹性模量可通过交联密度调节, 可使微机械元件的尺寸进一步减小,并能保持足够的驱动力。同时,由于凝胶尺寸的减小, 缩短了控制凝胶收缩与膨胀的扩散距离, 必将大大提高凝胶的响应速率。近来国外一些科学家正在探讨利用凝胶受环境变化而变化的特性来研制凝胶微机械元件, 并已取得了一些重要成果, 引起了人们的高度重视,国内尚未见报道。
(2) 调光材料
利用智能型大分子和大分子水凝胶的环境敏感行为还可以设计制作调光材料。其实调光材料是一种温度敏感材料。当阳光照射到凝胶时, 一部分转变为热能。水凝胶系统的调光性是赋予其“开关”温度 TS , 在其温度以下凝胶网络透明, 温度升至 TS 以上,则形成散光的微粒。MIT 的 Suzuki和 Tanaka设计了一种对光敏感的 PNIPPAM 凝胶, 他们在凝胶中引入光敏成分叶绿素,光照时, 叶绿素吸收光能使其微环境温度升高, 凝胶收缩, 反之, 凝胶溶胀, 他们测得直径 5 Lm 的凝胶响应时间约为 5 min。
(3)生物医学
医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料, 是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、 化学、 生物化学、 病理学、 医学、 输血学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分, 目前,医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域( 血液接触的高分子材料、 组织工程用高分子材料、 药用高分子材料、 医药包装用高分子材料、 眼科用高分子材料、 医用粘合剂和缝合线、医疗器械用高分子材料等等) 。Bae和 Kim设计了一种很特别的胰岛素缓释装置, 这种装置实际上是将半透膜加工成一个小袋子,通过外科手术将此小袋植入体内, 在袋内装入一种特殊的对 pH 和温度双重敏感的水凝胶, 在此凝胶中预先溶入胰岛素和对葡萄糖敏感的葡萄糖氧化酶等成分,在体内温度下, 凝胶呈固态,当血糖浓度足够高时, 葡萄糖酶催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸, 使凝胶酸度增大,凝胶溶胀,胰岛素释放速度加快, 使血糖水平降低,当血糖水平恢复正常后, 酸度降低凝胶收缩, 胰岛素释出速度减缓。很显然,这是一个典型的“智能”药物缓释系统。
三、水凝胶的最新发展
智能水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶,由于这种独特的响应性,在化学传感器、 人造肌肉、 物质分离、 药物释放、 组织仁程等领域具有诱人的应用前景。但是传统水凝胶存在一些缺点( 如响应速率慢、 机械性能差等) , 因而大大限制了水凝胶的应用。因此近年来围绕提高水凝胶的响应速率、 机械强度等性能问题, 科学家展开了广泛的研究。
第Ⅱ部分：实验部分
1. 材料与仪器
原料和试剂:甲壳素(食用级) ,牛血清蛋白(电泳单点纯) ,α2淀粉酶(食品级) ,醋酸、磷酸、盐酸和NaOH(均为化学纯) .套式恒温器,机械搅拌机,恒温水浴槽,紫外2可见分光光度计.
2. 实验原理与方法
甲壳素(chitin) 脱乙酰度的测定,用碱量法.
蛋白质浓度的测定:在280 nm 波长下,用紫外光度法测定.
酶活力测定:用终点色对比法进行测定.
3. 实验步骤
（1）壳聚糖的制备
壳聚糖由甲壳素与质量分数为50 %的NaOH反应而得,反应温度控制在110 ℃左右,不同的反应时间下制得不同脱乙酰度的壳糖.
（2）壳聚糖水凝胶的制备
将制得的壳聚糖溶于酸性水溶液中,再滴入碱性水溶液中得粒状壳聚糖水凝胶,最后用水洗至中性备用.
（3）壳聚糖水凝胶吸附实验
将壳聚糖水凝胶装入分离柱;蛋白或酶上柱后,用蒸馏水洗脱,洗出液每2 mL 收集一次,逐次承接,洗出液在280 nm 下进行紫外测定.
参考文献
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