聚乙烯醇/羧基化氧化石墨烯-谷氨酸纳米复合材料的研究

【摘要】：近年来,随着高分子材料科学和医药学的不断发展与相互渗透,大大促进了高分子材料与各种医药的相结合。羧基化氧化石墨烯-谷氨酸(GeneO-Glu)纳米复合物具有良好的生物相容性,能够促进伤口愈合并能减少炎症的发生。聚乙烯醇(PVA)含有大量羟基,因其可溶胀、易降解的物理特性和可交联的化学特性,具有优良的生物相容性,是用途极为广泛的生物医用材料,但在结构和性能,包括力学性能、生物学性能、控缓释性能上仍存在一些问题,尚不能完全满足医用敷料的应用标准。本工作将GeneO-Glu纳米复合物对PVA进行改性,合成了具有优良生物相容性和力学性能的新型药用材料。X-射线衍射(XRD)分析测试结果(图1)表明共混膜中两种分子间形成化学键,这种分子间强烈的相互作用,破坏了PVA原有的晶体结构,使得PVA/GeneO-Glu复合材料的结晶度大幅度下降,形成了无定型聚合物,GeneO-Glu能在PVA基体中呈剥离态均匀分散,这为纳米复合材料力学性能的提高提供了基础。力学性能分析测试结果(图2)表明GeneO-COOH、GeneO-Glu的加入,增强了复合材料的拉伸强度。当GeneO-COOH含量为2×10~(-4)时,拉伸强度达51.2MPa,断裂伸长率达692.3%,比PVA空白分别提高了136.7%、44.6%;GeneO-Glu含量为2×10~(-4)时,拉伸强度达49.7MPa,断裂伸长率达674.4%,比PVA空白分别提高了130.0%、40.9%;这是由于当GeneO经过羧基化改性后,GeneO上的羧基可以与PVA上的羟基反应形成氢键或在一定条件下也可能形成酯键,导致交联密度提高,增加了复合材料的力学性能。而GeneO和Glu配位后,活性位点减少,体系交联密度有所下降,所以PVA/GeneO-Glu复合材料的拉伸强度比PVA/GeneO-COOH复合材料拉伸强度略微下降。热重(TGA)分析测试结果(图3)表明从240～380℃内PVA,PVA/GeneO-COOH和PVA/GeneO-Glu中极性基团开始分解,其失重分别为61%,59%,56%,与PVA相比,由于GeneO-COOH、GeneO-Glu和PVA分子链之间有较强的相互作用,热稳定性提高,使PVA/GeneO-COOH、PVA/GeneO-Glu在这阶段的失重有所减小。由图4可以看出,改性PVA共混膜只存在一个玻璃化转变温度,表明共混膜中GeneO-COOH、GeneO-Glu与PVA之间具有良好的相容性。DSC测试表明GeneO-Glu的加入使PVA复合材料的玻璃化转变温度向低温方向移动(91.1℃),比PVA的Tg(108.2℃)下降了17.1℃,这是体系的交联密度下降所致,与力学性能结果一致。