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基于二茂铁/β-环糊精主客体相互作用的双组分水凝胶的制备与性能研究

发布时间:2021-05-14 15:46
  刺激响应水凝胶对外界环境变化(如温度、pH、光等)或生物信号的变化刺激具有明显的响应性,其聚合物网络在外界刺激下能够作不同幅度的尺寸或形状改变,在水凝胶致动器、分子元器件、调光材料、生物医学等高新技术领域有很好的应用前景。本论文围绕基于p-环糊精(p-CD)的温度敏感型、葡萄糖敏感型、光热敏感型的主体水凝胶和基于二茂铁基的客体水凝胶的合成及双组分自组装水凝胶的制备开展研究工作,所得的双组分自组装水凝胶对温度、葡萄糖、近红外(NIR)具有激刺响应性能,探讨了其潜在应用前景。(1)合成了三种不同β-CD含量的p-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM-CD)主体水凝胶和二茂铁基聚丙烯酰胺(PAM-Fc)客体水凝胶,用1H-NMR和质谱对单体进行了表征,确定了其结构。用FT-IR对主客体水凝胶进行了表征,确定了其结构。通过主客体作用制备了3种含不同β-CD含量的双组分自组装水凝胶。通过氧化还原刺激调节二茂铁基团中铁原子的氧化状态,发现主体水凝胶PNIPAM-CD和客体水凝胶PAM-Fc在氧化还原刺激下具有自组装和解组装的响应性。研究了双组分自组装水凝胶的温度响应性,发现当温度高于主体... 

【文章来源】:浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:212 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 刺激响应性水凝胶及其分类
        1.2.1 温敏敏感型水凝胶
        1.2.2 葡萄糖敏感型水凝胶
        1.2.3 pH敏感型水凝胶
        1.2.4 光敏感型水凝胶
        1.2.5 电场敏感型水凝胶
        1.2.6 氧化还原敏感型水凝胶
    1.3 复合水凝胶
        1.3.1 纳米复合水凝胶定义及种类
        1.3.2 纳米复合水凝胶的制备方法
            1.3.2.1 原位聚合法
            1.3.2.2 水凝胶作为反应器法
            1.3.2.3 溶液共混法
            1.3.2.4 辐射聚合法
            1.3.2.5 “溶胀/收缩”法
        1.3.3 纳米复合水凝胶的性质
            1.3.3.1 光热转换性能
            1.3.3.2 力学性能
            1.3.3.3 交变磁场下磁性纳米粒子致热性能
    1.4 基于环糊精与客体分子的主客体作用超分子自组装水凝胶
        1.4.1 超分子自组装水凝胶体系中环糊精及其常用的客体分子
        1.4.2 基于环糊精的氧化-还原敏感超分子自组装水凝胶体系
        1.4.3 基于环糊精的宏观自组装水凝
    1.5 刺激响应性水凝胶的应用
        1.5.1 水凝胶致动器
        1.5.2 微流体阀门
    1.6 研究课题的提出及意义
    参考文献
第二章 二茂铁基聚丙烯酰胺/β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶的制备及其温度和氧化还原响应性研究
    2.1 实验部分
        2.1.1 主要试剂、规格及其来源
        2.1.2 试剂的使用方法
        2.1.3 二茂铁基聚丙烯酰胺/β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶的制备
            2.1.3.1 6-丙烯酰胺基-β-CD(AAm-p-CD)的合成
            2.1.3.2 丙烯酰基二茂铁甲酰乙二胺(AAm-Fc)的合成
            2.1.3.3 PNIPAM-CD主体水凝胶的合成
            2.13.4 PNIPAM水凝胶的合成
            2.1.3.5 PAM-Fc客体水凝胶的合成
            2.1.3.6 PAM水凝胶的合成
        2.1.4 测试仪器及测试方法
            2.1.4.1 氢-核磁共振谱
            2.1.4.2 红外光谱
            2.1.4.3 质谱测试
            2.1.4.4 紫外-可见吸收光谱
            2.1.4.5 溶胀率测试
            2.1.4.6 主客体水凝胶的自组装及形变观察
            2.1.4.7 主客体水凝胶的自组装的氧化还原过程
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 AAm-β-CD的合成与表征
        2.2.2 AAm-Fc的合成与表征
        2.2.3 主体水凝胶PNIPAM-CD的合成与表征
        2.2.4 客体水凝胶PAM-Fc的合成与表征
        2.2.5 主体水凝胶PNIPAAm-CD的最低临界温度
        2.2.6 PNIPAM-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装与解组装及机理
        2.2.7 PNIPAM-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶温敏响应性研究
        2.2.8 PNIPAM-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶的应用
    2.3 本章小结
    参考文献
第三章 二茂铁基聚丙烯酰胺/3-丙烯酰胺苯硼酸基β-环糊精基聚丙烯酰胺双组分自组装水凝胶制备及其氧化还原和葡萄糖响应性研究
    3.1 实验部分
        3.1.1 主要试剂、规格及其来源
        3.1.2 试剂的使用方法
        3.1.3 3-丙烯酰胺苯硼酸基β-环糊精基聚丙烯酰胺类水凝胶的合成
            3.1.3.1 AAPBA的合成
            3.1.3.2 6-丙烯酰胺基-β-CD的合成
            3.1.3.3 AAPBA-CD水凝胶的制备
            3.1.3.4 AAPBA水凝胶的制备
        3.1.4 二茂铁基聚丙烯酰胺水凝胶(PAM-Fc)的合成
        3.1.5 PAM-CD水凝胶的合成
        3.1.6 缓冲溶液的配制
        3.1.7 测试仪器及测试方法
            3.1.7.1 氢-核磁共振谱、红外光谱、水凝胶的自组装及氧化还原测试
            3.1.7.2 扫描电镜
            3.1.7.3 溶胀率测试
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 AAPBA的合成与表征
        3.2.2 AAPBA-CD水凝胶的合成与表征
        3.2.3 AAPBA-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装与解组装及机理
        3.2.4 AAPBA-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶葡萄糖响应性
        3.2.5 交联剂含量对葡萄糖敏感型双组分自组装水凝胶的响应性的影响
        3.2.6 AAPBA含量对AAPBA-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶的响应性的影响
        3.2.7 葡萄糖浓度对AAPBA-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶双组分自组装水凝胶的响应性的影响
        3.2.8 AAPBA-CD和PAM-Fc双组分自组装水凝胶的应用
    3.3 本章小结
    参考文献
第四章 二茂铁基聚丙烯酰胺/含氧化石墨烯β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶制备及性能研究
    4.1 实验部分
        4.1.1 主要试剂、规格及其来源
        4.1.2 试剂的使用方法
        4.1.3 基于二茂铁/β-环糊精主客体作用的光热敏感型双组分自组装水凝胶的制备
            4.1.3.1 氧化石墨烯的合成
            4.1.3.2 含氧化石墨烯β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的合成(PNIPAM-CD/GO)
            4.1.3.3 PAM-Fc水凝胶的合成
            4.1.3.4 PNIPAM-CD水凝胶的合成
        4.1.4 测试仪器及测试方法
            4.1.4.1 氢-核磁共振谱和红外光谱、水凝胶的自组装及形变及氧化还原测试
            4.1.4.2 粉末X射线衍射
            4.1.4.3 示差扫描量热分析
            4.1.4.4 透射电镜
            4.1.4.5 扫描电镜
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 氧化石墨烯的合成与表征
        4.2.2 PNIPAM-CD/GO复合水凝胶的制备及表征
        4.2.3 PNIPAM-CD/GO和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装与解组装的性能研究
        4.2.4 PNIPAM-CD/GO和PAM-Fc双组分自组装水凝胶温敏响应性
        4.2.5 PNIPAM-CD/GO和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热敏性研究
        4.2.6 GO含量对PNIPAM-CD/GO和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热性能的影响
        4.2.7 PNIPAM-CD/GO和PAM-Fc双组分自组装水凝胶的应用
    4.3 本章小结
    参考文献
第五章 二茂铁基聚丙烯酰胺/含四氧化三铁β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶制备及其性能研究
    5.1 实验部分
        5.1.1 主要试剂、规格及其来源
        5.1.2 试剂的使用方法
        5.1.3 二茂铁基聚丙烯酰胺/β-环糊精光热敏感型双组分自组装磁性水凝胶的制备
            5.1.3.1 PNIPAM-CD水凝胶的合成
            5.1.3.2 含四氧化三铁β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)复合水凝胶(PNIPAM-CD/Fe304)的合成
            5.1.3.3 PAM-Fc水凝胶的合成
        5.1.4 测试仪器及测试方法
            5.1.4.1 热失重分析
            5.1.4.2 其他测试仪器及方法
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 PNIPAM-CD/Fe_3O_4磁性复合水凝胶的制备及表征
        5.2.2 PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装与解组装的性能研究
        5.2.3 PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶温敏响应性
        5.2.4 PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热性性能
        5.2.5 起始Fe~(2+)和Fe~(3+)浓度对PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热敏性的影响
        5.2.6 PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶磁控性能的研究
        5.2.7 PNIPAM-CD/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装的应用
    5.3 本章小结
    参考文献
第六章 二茂铁基聚丙烯酰胺/含氧化石墨烯及四氧化三铁β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶制备及其性能研究
    6.1 实验部分
        6.1.1 主要试剂、规格及其来源
        6.1.2 试剂的使用方法
        6.1.3 二茂铁基聚丙烯酰胺/含氧化石墨烯及四氧化三铁β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)双组分自组装水凝胶的制备
            6.1.3.1 GO/Fe_3O_4的合成
            6.1.3.2 含氧化石墨烯及四氧化三铁β-环糊精基聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的合成
            6.1.3.3 PAM-Fc水凝胶的合成
            6.1.3.4 PNIPAM-CD水凝胶的合成
        6.1.4 测试仪器及测试方法
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 GO/Fe_3O_4的合成与表征
        6.2.2 PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4复合水凝胶的制备及表征
        6.2.3 PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶自组装与解组装性能研究
        6.2.4 PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶温敏性
        6.2.5 PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热敏性
        6.2.6 GO/Fe_3O_4含量对PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶光热敏性的影响
        6.2.7 PNIPAM-CD/GO/Fe_3O_4和PAM-Fc双组分自组装水凝胶磁控性能的研究
    6.3 本章小结
    参考文献
第七章 结论
    7.1 主要结论
    7.2 主要创新点
作者简历及在学期间取得的科研成果


【参考文献】:
期刊论文
[1]基于含苯硼酸三嵌段共聚物的糖响应性水凝胶[J]. 杨挺,邓鑫星,杜福胜,李子臣.  高分子学报. 2014(11)
[2]载银二氧化钛纳米管表面pH敏感膜构建及其抑菌特性[J]. 郭志君,胡盼,王立军,周斌,李玉宝,张利.  无机化学学报. 2014(06)
[3]基于β-环糊精和二茂铁主客体作用的超分子聚合物的制备及其凝胶化[J]. 王亮,郭成功,王彩旗.  功能高分子学报. 2012(04)
[4]葡萄糖敏感型水凝胶最新研究进展[J]. 管晓玉,郝红,李海瑞,赵涛.  高分子通报. 2009(08)

博士论文
[1]多功能纳米复合材料的制备、表征及其光、磁、传感等性能的研究[D]. 王岩岩.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]多功能纳米复合水凝胶与石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究[D]. 朱春华.中国科学技术大学 2013
[3]二茂铁衍生物超分子聚集体的构建及调控[D]. 李秋红.山东大学 2011
[4]多孔智能水凝胶的合成与性能[D]. 赵骞.浙江大学 2009

硕士论文
[1]疏水缔合智能高分子水凝胶的制备和性能研究[D]. 郝翔.中国科学技术大学 2014
[2]石墨烯基复合水凝胶的制备及性能研究[D]. 王绍华.安徽大学 2014
[3]Fe3O4/石墨烯纳米复合材料的制备及在锂离子电池中的应用[D]. 王新慧.山西师范大学 2014
[4]金纳米棒的光热转换及其组装与表面包覆研究[D]. 从博.南京航空航天大学 2014
[5]苯硼酸类有机小分子凝胶的合成及性能研究[D]. 周超宇.温州大学 2013
[6]基于磁性纳米粒子及温敏性水凝胶的蛋白质印迹技术研究与应用[D]. 贾晓萍.湖南大学 2013
[7]氧化石墨烯/高分子新型复合水凝胶的制备及性能研究[D]. 黄以万.中国地质大学 2013
[8]基于pH、磁敏感纳米复合水凝胶的制备与研究[D]. 王佳.西南大学 2013
[9]基于分子识别的宏观自组装水凝胶的环境响应性研究[D]. 张菁菁.浙江大学 2013
[10]石墨烯负载四氧化三铁复合粉末的微波吸收性能研究[D]. 马二龙.天津大学 2012



本文编号:3185911

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