黄原胶的等离子体增强改性及对其流变性能的影响.doc

黄原胶的等离子体增强改性及对其流变性能的影响 SOUJANYA N. JAMPALA,SORIN MANOLACHE, SUNDARAM GUNASEKARAN, AND FERENCZ S. DENES Department of Biological Systems Engineering and Center for Plasma-Aided Manufacturing,University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706 文章针对黄原胶（XG）13.56 MHz的射频二氯硅烷（DS）（RGA） 关键词：黄原胶；低温等离子体；伯胺基团；交联；凝胶 引言 黄原胶（XG）是一种由黄单胞菌属产生的带有负电荷的胞外杂多糖，与其他许多的生物相容性多糖尺寸相似。黄原胶聚合物骨架结构[1]类似于纤维素, 但是黄原胶的独特性质在于每隔一个单元上存在的由甘露糖醋酸盐、终端甘露糖单元以及两者之间的一个葡萄糖醛酸盐组成的三糖侧链。含乙酸和丙酮酸的比例取决于菌株和后发酵条件[2]。大多数研究者[3,4]提出了非变性的黄原胶分子通过分子间和分子内氢键的维系形成了右手双螺旋立体结构[5]。 图1.黄原胶的结构 黄原胶具有良好的流变学特性，被广泛用于食品、制药、石油工业。虽然它黄原胶无法形成凝胶，但其水溶液却具有高粘度。 黄原胶具有若干凝胶成型和非凝胶成型形成的大分子的生物相容性，甚至可以与合适的生物大分子系统一起形成稳定的凝胶。近日，黄原胶已被发现[6,9]作为一个潜在的形成凝胶的聚合物以及药片的赋行剂应用于现代医学中[10]。基于黄原胶的水凝胶交联使用中间试剂如环氧氯丙烷[6,9]。Iseki等人报道了在溶胶状态下热处理并随后冷却[8]形成的黄原胶水凝胶的粘弹特征。近年来，壳聚糖[11]或聚（葡萄糖），等其他多糖由于在结构上具有活性氨基已被广泛用于凝胶应用的研究。壳聚糖和黄原胶[7]的混合凝胶系统由于混合物的粘度增加被证明是具有高机械强度的酶固定化的高效系统。 已报告的几项研究[12-15]精确地处理黄原胶的结构。利用酶法[14,15]和化学方法[13,16]解聚和水解葡聚糖骨干和三糖侧链的路线也有报道。经改进粘度性能的某些遗传变异的黄原胶[12]已被合成，但很少讨论关于它们的物化性质。 在氰基硼氢化钠的作用下，由于仲胺的形成[1]，使得黄原胶发生氨基还原的量很低。Behari等人[17]合成了一种具有更高的热稳定性的黄原胶和丙烯酰胺的共聚物。虽然化学方法、酶法和遗传途径法已成功研制出黄原胶状共聚物，但这些方法被证明是非选择性的、繁琐的或昂贵的。如果可以在可控制的方式下修改黄原胶，那么市场的应用情况将得到改善。 等离子体化学修饰是具有高能源效率和成本效益的干法化学过程。低温等离子体技术是一种在各种多糖上加入适当的官能团（如氨基，羧基，羟基）[18,19]的有效的工具。不同等离子体粒子间的能量分布就足以打破大多数有机分子所形成的化学键，也可能导致形成化学状态活泼的新的碳原子[20]。因此，在选定的放电参数下，有机衍生物可以通过气相和表面分子的分裂和重组过程被轻易地修改。等离子体粒子从表面附近渗透[18]约100?，因此等离子体处理是一种表面改性技术。 流变学和力学性能在很大程度上是由有效比表面积相对大的粉体的化学性质决定的，特别是当它们处于基体中或分散状态时。因此，等离子体增强改性黄原胶能带来一种良好的颗粒表面特征。 本次研究的目标是：（1）通过低温等离子体处理、嫁接伯胺基团和戊二醛交联对黄原胶进行修饰（2）评估等离子体改性黄原胶、交联黄原胶水溶液的流变性能。 材料与方法 低温等离子体改性。从Liquid Carbonic公司购买的氧气用于反应器的净化去污。二氯硅烷（DS）中（97％8.3℃），乙二胺（ED）（99％118℃），戊二醛（GA）（50％99.99％Aldrich Chemical公司获得。用于鉴定伯胺组的荧光胺由Molecular Probes 公司 (Eugene,OR)提供。所有的化学品在使用时无需进一步的净化。黄原胶是从Aldrich Chemical公司购买，并在真空干燥器中50℃下干燥24小时。 交联的整体方案是在等离子体环境中，植入活性基团，如SiHxCly,然后在原位条件下与乙二胺共价固定。在改性黄原胶分子末端的的伯胺组使用用戊二醛进行交联。该过程的示意图如图2所示。 图2.黄原胶改性反应途径 对黄原胶进行功能化和嫁接的操作是在一台配备了射频（rf）功率输出如前所述的[19]的电容性耦合、旋转玻璃等离子体反应器中完成的。射频功率的频率使用的是13.56 MHz,因为在该频率下生成更少的自由氯,从而减少了脱氯化氢反应[22]。该反应器是在等离子体处理黄