明胶盐溶液的物理凝胶化及其热稳定性研究

发布时间：2020-05-25 06:57

【摘要】：明胶是一类常见的生物高分子材料,它来源丰富,价格便宜,无毒无害,具有良好的生物相容性和降解性,被广泛的应用于食品、生物医药以及摄影成像等领域。本文借助旋光仪、流变仪与差示扫描量热仪系统地研究了明胶在不同盐溶液中的物理凝胶化过程;探讨了盐的种类和价态对凝胶热稳定性的影响。1、在明胶溶液中NaCl和CrCl_3的加入会阻碍物理凝胶化;CaCl_2在低浓度下能促进明胶分子从无规线团向螺旋构象转变,而高浓度的CaCl_2则会抑制凝胶化转变。明胶在这三种盐溶液中的初始凝胶化过程均可以用一级动力学方程来描述,其速率常数均随盐浓度的增加而减小。2、在明胶的物理凝胶化转变过程中,增加聚合物浓度或甲醇的含量可以提高聚合物溶液的凝胶化温度。相反地,NaCl或尿素的加入则导致凝胶化温度的降低。此外,溶液的pH值偏离明胶等电点时也会轻微提高聚合物溶液的凝胶化温度。在上述不同凝胶化条件下的凝胶储能模量的变化规律与凝胶化温度的变化规律一致。3、在明胶的盐溶液中,chaotropic盐(KCl、KNO_3和KSCN)能够阻碍三股螺旋的形成和生长;kosmotropic盐(KH_2PO_4)则能促进凝胶的形成,低浓度的K_2SO_4有助于明胶分子从无规线团向螺旋构象的转变,而高的浓度K_2SO_4则不利于凝胶的形成。实验中所用的五种盐(KCl、KNO_3、KSCN、K_2SO_4、KH_2PO_4)对明胶凝胶化的影响不完全遵循Hofmeister序列。4、在聚合物凝胶的各种制备条件中,聚合物浓度、退火时间和pH对其熔融温度影响微弱,而退火温度的升高能够显著提高凝胶的熔融温度,改善体系的热稳定性。在不同价态盐溶液中的明胶水凝胶的热稳定性遵循如下顺序:CrCl_3CaCl_2NaCl。
【图文】：

明胶,构象,分子链,α链

图 1.1 明胶中不同分子链的构象[12]胶会在凝胶化过程中转变它的分子构象。此外，根据凝胶的状态可间具有不同的空间排布和不同的相互作用。它的这两个特性决定于温度以及形成二级结构所必须的能量。双螺旋结构可以由两条 α链由一条 α链折叠而成。未折叠部分仍是无规线团结构，所以单链折部出现一个闭合的环状结构。三股螺旋结构的形成也有多种不同方三条不同 α链形成，或者由一条 α链和另一条 α链折叠形成的双股者由同一条 α链进行两次折叠而成[12]（如图 1.1）。uo 等人[12]利用提取自石灰处理的明胶进行探究，就明胶链形成三股上三种不同的结合方式。他们认为，只有在螺旋的尺寸较小时其结、热可逆的。这意味着这些螺旋是借助弱的作用力保持稳定的。例尺寸越小，它就很容易融化。根据作者的说法，具有一个环状结构必须达到没有环状结构的螺旋的两倍才能稳定存在。事实正是如此有环状结构的螺旋势必会比没有环状结构的螺旋消耗更多的能量

凝胶化,机理,明胶

图 1.2 明胶的凝胶化机理图从本质上讲，明胶的物理凝胶化过程是聚合物分子发生构象转变的过程（见图 1.2）。明胶在热水中溶解后呈现一个无规线团构象。温度降低后，相互接触或缠结的明胶链会通过氢键作用形成三股螺旋。这些形成螺旋构象的多肽链主要是α 链，，并且它们都是左旋的，以右旋的方式形成三螺旋。由图 1.1 可知，螺旋构象分为分子内螺旋和分子间螺旋，前者对于凝胶网络的构建起到微乎其微的作用。随着时间推移，体系中的三股螺旋含量慢慢升高，螺旋棒的长度也逐渐增加。当螺旋构象的密度达到一定数值后，便呈现出宏观的凝胶状态。1.2.3.2 明胶溶液中的相互作用对其凝胶化的影响明胶水凝胶的性能决定于内在交联网络的结构，而凝胶采取什么样的结构又是体系中多种作用力相互折衷的结果。因此，了解明胶物理水凝胶内的相互作用力十分重要。明胶中的相互作用力主要有如下几种：
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O636

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