基于新型离子液体溶剂体系的优良力学性能壳聚糖膜制备规律研究

Chitosan membrane is a medical material with good biocompatibility, and its mechanical property is the key factor that determines the practical application. In order to improve its mechanical property, this work will build up a new acidic ionic liquid-water solvent system. By adjusting the nucleophilic/electricity of ionic liquid, the balance of the electrostatic effect and hydrogen bonds of the ionic liquid-chitosan-water system, the hydrogen bonds of chitosan will be broken effectively and the chitosan will be well dissolved. At the same time, the ether bonds and the excessive degradation will be maintained and controlled respectively, and as a result the ionic liquid-chitosan-water system will be found for the preparation of chitosan membrane with good mechanical property. The solution behavior and rheological property of the chitosan macromolecules in an acidic solvent or an ionic liquid-water system will be investigated. The regular pattern of ionic liquid with the structure, appearance and mechanical property of chitosan membrane will also be found, and the key factor for the preparation of chitosan membrane with the higher molecular weight, regularity of molecular chain linear arrangement, excellent mechanical property will be also showed. Chitosan membrane materials with an excellent mechanical property will be prepared, and a new and effective method for the preparation of high performance chitosan membrane will be provided.

壳聚糖膜是一类具有良好生物相容性的医用材料，力学性能的优劣是决定壳聚糖膜能否实际应用的关键。本项目以提高纯壳聚糖膜的力学性能为主要目标，通过设计构建新型酸性离子液体-水溶剂体系，调控离子液体阴阳离子的亲核性、亲电性以及离子液体-壳聚糖-水分子之间的氢键作用、静电作用的平衡，从而打破壳聚糖分子间或分子内的氢键，实现对壳聚糖的有效可控溶解，并显著抑制壳聚糖分子结构中醚键的断裂而导致的过度降解，进而寻找到适合于制备力学性能优良壳聚糖膜的离子液体-壳聚糖-水溶液体系。在此基础之上，通过研究壳聚糖大分子分别在小分子酸性溶剂和离子液体-水溶剂体系中的不同溶液行为与流变学特性，揭示离子液体结构对壳聚糖膜结构、表观和力学性能的影响规律，明确获得较高分子量、分子链线性排布规整、力学性能优良壳聚糖膜的关键因素，制备出力学性能优良的壳聚糖膜材料，为高性能壳聚糖膜的制备提供一条高效新途径。

壳聚糖膜是一类具有良好生物相容性的医用材料，力学性能的优劣是决定壳聚糖膜能否实际应用的关键。本项目以提高纯壳聚糖膜的力学性能为主要目标，设计合成了对壳聚糖具有优良溶解能力，且能有效抑制壳聚糖降解的新型离子液体6种，运用FT-IR、1HNMR和13CNMR等技术确定了其结构。通过研究壳聚糖-离子液体-水溶液的流变性能，并结合分子轨道跃迁能DELH、偶极矩μ、HOMO轨道能EHOMO和LUMO轨道能ELUMO等参数的计算结果，得出如下结论：离子液体中阳离子给质子的能力越强，对壳聚糖的溶解能力就越强；但过强的给质子能力，会导致壳聚糖降解。离子液体中阴阳离子的离子半径越大，在溶解壳聚糖的同时，越易于进入壳聚糖的空间网格结构中，破坏其糖苷键，引起壳聚糖降解。.开展了以离子液体[Gly]BF4为溶剂酶解壳聚糖制备甲壳低聚糖的研究工作，研究发现，[Gly]BF4与纤维素酶、淀粉酶皆有良好的生物相容性，以[Gly]BF4为溶剂酶解壳聚糖，所得甲壳低聚糖的平均分子量明显低于在乙酸体系下的酶解所得甲壳低聚糖的平均分子量，且离子液体可以重复利用，提出了离子液体为溶剂的壳聚糖酶解反应机理。对所合成的甲壳低聚糖进行了吸湿保湿性和抗菌抑菌性研究，结果表明，甲壳低聚糖分子量越低，其吸湿保湿性和抗菌抑菌性越好。.在离子液体-水溶剂体系下制备的壳聚糖膜的力学性能（断裂强度190.02 MPa、伸长率3.93%、初始模量3.53 GPa）明显优于在乙酸-水体系下制得的壳聚糖膜的力学性能（176.58MPa、伸长率4.06%、初始模量2.09 GPa）；在离子液体-水溶剂体系下制得的丁基壳聚糖膜的力学性能（断裂强度168.871MPa、伸长率3.72%、初始模量2.41 GPa），也明显优于乙酸-水体系下制得的丁基壳聚糖膜的力学性能（断裂强度152.24 MPa，伸长率3.17%，初始模量2.93 GPa）。.以上研究结果，为高性能壳聚糖膜的制备提供了一条高效新途径。