摘要
纳米纤维素具有强度高、生物相容性好以及可生物降解等优点，被广泛的应用到吸附、载药、光电传感等各个领域。目前，基于纳米纤维素基凝胶材料的制备和应用、结构和性能之间的构效关系成为了研究的热点。物理交联的纳米纤维素凝胶材料通常具有生物相容性好、绿色、环保的特点，但是存在强度性能差的问题，限制了其应用的范围。本论文以纳米纤维素材料的应用为核心，致力设计和构筑基于纳米纤维素的功能化复合凝胶材料，提高物理交联的纳米纤维素凝胶材料的强度性能，将其应用于染料吸附和药物缓释领域。 （1）采用绿色、环保的贻贝仿生技术制备了高强度和高吸附性能的纳米纤维素纤丝（CNF）基复合气凝胶材料。首先，采用物理交联的方法（钙离子交联）制备具有稳定三维结构的复合水凝胶材料。其次，采用贻贝仿生的修饰方法使得聚多巴胺（PDA）对CNF水凝胶进行改性。最后，通过冷冻干燥的方法制备得到聚多巴胺（PDA）修饰的纳米纤维素基气凝胶材料（PCNF）。研究发现，PCNF复合气凝胶具有较高的表面积（368.15m2/g）和较低的密度（27.2mg/cm3），其强度（375kPa）是纯CNF气凝胶的三倍。此外，PCNF复合气凝胶在湿态下具有良好的回弹性。由于复合气凝胶中高度多孔的结构和大量氨基基团的存在，显著提高了复合气凝胶对亚甲基蓝（MB）的吸附能力。在50mg/L的初始染料浓度下，MB的最大吸附量为208mg/g。复合气凝胶的吸附等温线和动力学行为符合Langmuir和准二级动力学模型。此外，PCNF复合气凝胶在较宽的pH范围内具有很高的吸附能力。最后，回用实验表明PCNF复合气凝胶在5个循环后染料的去除率依然保持在85%以上。 （2）采用一锅法制备了具有包封结构的ZIF-8@PCNF复合水凝胶，并研究了该复合水凝胶的药物负载能力和药物释放性能。首先，采用贻贝仿生的方法制备PCNF复合水凝胶。然后，将金属有机框架（ZIF-8）原位生长在PCNF复合水凝胶结构中（ZIF-8@PCNF复合凝胶），同时将疏水性药物姜黄素（Cur）负载到凝胶的网络框架中。实验结果表明：ZIF-8@PCNF复合水凝胶对Cur具有较好的负载能力，其药物包封率和负载率分别为82wt%和4.5wt%。并且，ZIF-8@PCNF复合水凝胶具有较高的力学性能，其强度（58kPa）是PCNF水凝胶的2.75倍。此外，复合水凝胶具有可控的药物缓释性能，在近红外光照射或者低pH的情况下，可以实现药物的可控释放。在酸性pH环境中，ZIF-8@PCNF复合水凝胶的药物缓释时间分别是PCNF复合水凝胶和CNF水凝胶的3.57倍和5.35倍。同时，通过药物缓释模型拟合发现，非常规运输是主要的药物释放机制。最后，体外细胞毒性实验发现，（ZIF-8@PCNF）-Cur复合水凝胶对正常肝细胞（BRL）具有较好的生物相容性，但是可以有效的抑制肝癌细胞（HepG2）的生长，故该复合水凝胶在癌症治疗方面具有潜在的应用价值。
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