论文总字数：20151字

摘 要

本实验选用海藻酸钠和具有抗菌性的壳聚糖作为水凝胶的原料，通过对壳聚糖季铵化改性以及添加抗菌因子纳米银这两种途径来提高水凝胶的抗菌性。通过实验探索得到了机械性能良好、抗菌性较高的水凝胶，这将会解决市面上传统水凝胶抗菌性能和机械性能差的问题。

在制备季铵盐壳聚糖时首先对原料壳聚糖进行碱化的预处理，选择环氧衍生物开环法两步反应，在得到目标产物后，对壳聚糖经过季铵化改性处理后对其水溶性、抗菌性以及制备出的水凝胶的力学性能以及抗菌性的影响进行了探讨，接着通过加入制备出的纳米银胶体溶液，探讨纳米银溶胶粒子对水凝胶的合成以及其对水凝胶的力学性能以及抗菌性的影响，研究发现纳米银溶胶粒子的加入直接影响着复合水凝胶的力学性能及形貌，并且纳米银胶体溶液加入的量，在对水凝胶的力学性质产生重要影响的同时，其在水凝胶的抗菌性能方面也起着重大作用。

关键词：壳聚糖季铵盐；海藻酸钠；纳米银；水凝胶

Study on the Antibacterial Activity of High Strength Hydrogels

Abstract

In this experiment， sodium alginate and chitosan with antimicrobial activity were used as raw materials to improve the antimicrobial activity of hydrogels by quaternization of chitosan and adding antimicrobial factor nanosilver. The hydrogels with good mechanical properties and high antimicrobial properties were obtained through experimental exploration， which will solve the problem of poor antimicrobial and mechanical properties of traditional hydrogels on the market.

In the preparation of quaternary ammonium salt chitosan， the raw material chitosan was pretreated by alkalization， and the epoxy derivative was chosen to react in two steps by ring-opening method. After the target product was obtained， the effects of quaternary ammonium modification on the water solubility， antimicrobial activity， mechanical properties and antimicrobial activity of the prepared hydrogel were discussed. Then the nano silver gel was prepared by adding the modified product. In bulk solution， the synthesis of nano-silver sol particles and their effects on the mechanical properties and antimicrobial properties of hydrogels were discussed. It was found that the addition of nano-silver sol particles directly affected the mechanical properties and morphology of composite hydrogels. Moreover， the amount of nano-silver sol solution added had an important impact on the mechanical properties of hydrogels， while its antimicrobial activity in hydrogels. Performance also plays an important role.

Key words: Chitosan quaternary ammonium salt,Sodium alginate, Nano silver,Hydrogel

目 录

第一章 绪论 1

1.1水凝胶概述 1

1.1.1水凝胶的分类与应用 1

1.2壳聚糖及其衍生物 2

1.2.1壳聚糖的抗菌性能提高途径 2

1.2.2壳聚糖复合抗菌因子 2

1.2.3壳聚糖的多重改性方法 2

1.2.4壳聚糖季铵盐的制备方法 3

1.3本课题的研究目的及内容 4

1.3.1研究目的 4

1.3.2主要研究内容 4

1.3.3本课题的主要创新点 4

第二章 季铵盐壳聚糖的制备与性能表征 5

2.1前言 5

2.2实验 5

2.2.1主要仪器与设备 5

2.2.2试剂与材料 5

2.2.3季铵盐壳聚糖的合成 6

2.2.4取代度的测定 6

2.2.5产物的水溶性测试 6

2.2.6产物红外光谱测试 6

2.3结果与测试 6

2.3.1取代度的测定 6

2.3.2水溶性测试分析 7

2.3.3红外光谱分析 7

2.4本章小结 8

第三章 季铵盐壳聚糖/海藻酸钠水凝胶的制备与性能表征 9

3.1前言 9

3.2实验 9

3.2.1主要仪器与设备 9

3.2.2试剂与材料 9

3.2.3水凝胶的制备 10

3.2.4水凝胶的强度测试 10

3.3结果与讨论 10

3.3.1水凝胶的制备 10

3.3.2水凝胶机械性能测试 10

3.4本章小结 11

第四章 季铵盐壳聚糖/海藻酸钠/纳米银复合水凝胶的制备与性能表征 12

4.1前言 12

4.2实验 12

4.2.1主要仪器与设备 12

4.2.2试剂与材料 12

4.2.3纳米银胶体溶液的制备 13

4.2.4纳米银胶体溶液的TEM表征 13

4.2.5复合水凝胶的制备 13

4.2.6复合水凝胶的强度测试 13

4.3结果与讨论 13

4.3.1纳米银胶体溶液的制备 13

4.3.2纳米银胶体溶液的TEM表征 13

4.3.3复合水凝胶的制备 14

4.3.4复合水凝胶强度测试 14

4.4本章小结 15

第五章 水凝胶抗菌性能测试 16

5.1前言 16

5.2实验 16

5.2.1主要仪器与设备 16

5.2.2试剂与材料 16

5.2.3抗菌性能测试 16

5.3结果与讨论 17

5.3.1原始菌液浓度的确定 17

5.3.2抗菌性能测试 18

5.4本章小结 18

第六章 结论与展望 19

6.1结论 19

6.2展望 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1水凝胶概述

水凝胶的典型特点是其分子内部饱含水分却不能够溶解于水中，它的分子结构是三维网络状，由水溶性或亲水性高聚物通过物理或化学交联作用而成^[1]。水凝胶在水中能够溶胀是由于大量的羟基、羧基等亲水性基团存在于水凝胶骨架的高分子长链上，所以其自身能够吸收自身重量几倍甚至数千倍水。此外，水凝胶只会发生溶胀而不会溶解^[2]的原因就在于其自身高分子链间的物理或者化学相互作用使得内部因为交联而稳定。这种良好的溶胀性能及吸附性使得高分子水凝胶在生物材料及废水处理之中， 它在生活的方方面面的应用前景^[3]可以说是非常广阔的。

1.1.1水凝胶的分类与应用

在化学交联或者是物理交联^[4]的作用下，水溶性或者亲水性的高分子能够形成水凝胶^{[4, 5]}，这些高分子材料分为天然材料和合成材料两大类^[5]。具体见下表1.1、表1.2

表1.1 天然材料及应用