超聲波處理對微晶纖維素水凝膠的影響

1、超聲波處理對高分子微晶纖維素水凝膠的影響NanangMasruchina，Byung-Dae Park a,通訊作者。電話:+ 82 53 950 5497;傳真:+ 82 53 950 6751。電子郵件地址:byungdaeknu.ac?；?雷克南(B.-D。公園)。/10.1016/j.jiec.2015.03.0341226 - 086 x / 2015韓國工業(yè)化學(xué)與工程化學(xué)社出版。愛思唯爾出版社版權(quán)所有，Valerio Causinb a韓國慶北國立大學(xué)木材和紙張學(xué)系,Daegu,702 701 b意大利帕多瓦大學(xué)化學(xué)科學(xué)部門，Marzolo 1,3

2、5131摘要:本研究調(diào)查的是聲波降解法處理對藥物釋放行為的影響特征，既由孤立的高分子微晶微纖維(CMFs)2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基介導(dǎo)氧化使羧酸鹽表面成負電荷制備水凝膠。水凝膠是由負離子間相互作用誘導(dǎo)而制造的。既帶電的CMFs和金屬陽離子(AL3*)。聲波降解法對CMFs的羧酸鹽部分沒有影響，但它極大地影響水凝膠藥物的釋放行為。這些結(jié)果表明,聲波降解法對水凝膠的藥物釋放行為有一定的影響。關(guān)鍵詞:纖維素微纖維 聲波降解法 離子交聯(lián)水凝膠 藥物釋放簡介水凝膠是高親水性的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)材料，能夠吸收大量的水分。水凝膠被廣泛用作吸附劑、凈水劑、傳感器、隱形眼鏡、組織工程,藥物傳遞系統(tǒng)1。水

3、凝膠是可以通過物理的或化學(xué)的交聯(lián)作用合成的微孔型聚合物，可以分為合成聚合物或天然聚合物。纖維素基水凝膠，由于分子量大，所以很容易被吸引，通常被制成可再生的、能生物降解的、無毒的天然聚合物2。盡管細菌纖維素(BC)型水凝膠通常在許多生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用和在藥物傳遞系統(tǒng)方面有好的應(yīng)用3,然而這種BC-水凝膠的制作是一個成本高和低效的過程4。另一方面,納米纖維素材料可以從大量木材和其他木質(zhì)纖維素的產(chǎn)品中有效分離出來(5-8)。納米纖維素的使用對于纖維素微纖絲(CMFS)和纖維素納米晶須(CNWs)應(yīng)用于水凝膠是一個啟發(fā)的階段。這些納米纖維素是最有可能成為未來先進應(yīng)用的材料之一9-11。引入納米纖維素作為

4、藥物載體的基本原因是其表面具有高體積能，和負離子有很好的交換反應(yīng)能力，具有潛在高效載荷和控制最優(yōu)劑量的能力12。藥物從水凝膠中的釋放是通過水凝膠分子內(nèi)部的交聯(lián)所形成線性結(jié)構(gòu)13。然而,關(guān)于研究純纖維素水凝膠在藥物釋放方面的報道很少14。最近,通過將纖維素分子溶解在各種有機溶劑中通過交聯(lián)所形成的纖維素水凝膠被制成。然而,這些有機溶劑的使用限制了纖維素水凝膠的應(yīng)用，因為在有機溶劑中會有一些有毒的副反應(yīng)。安倍和矢野15的研究報道得出水凝膠的形成是將高度結(jié)晶的CNFs通過堿處理(9 - 15 wt %氫氧化鈉)來制備的。凝膠網(wǎng)絡(luò)是通過纏繞和接合在CNFs上形成的，然而這些綜合的堿化因素可能會減低納米纖

5、維素在堿水溶液中的溶解性 16。Syverud等人研究17得出水凝膠的形成是通過將聚乙烯亞胺和聚乙烯N烯丙胺結(jié)合在處于孤立的CNFs纖維素上，然后通過速控體系氧化來制備的。反應(yīng)中將醛組作為公認的合適的交聯(lián)反應(yīng)試劑。Dong等18成功地通過TEMPO體系對可調(diào)水凝膠進行氧化，合成了各種CNFs的陽離子(一價，二價和三價)。由于是通過陰離子羧酸鹽類(氧化途徑)和陽離子金屬鹽形成的交聯(lián)聚合物,導(dǎo)致水凝膠比較牢固。Saito等14調(diào)查得出通過自對準調(diào)整水凝膠在水中的pH值在pKa以下，使CNFs表面的羧酸鹽形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的水凝膠具有突出的屬性,由它產(chǎn)生的氣凝膠具有很大的表面積和超低密度。相比

6、于CNF基的水凝膠，在此，我們提出了一個相當簡單而有效的方法來制備水凝膠,既通過引入經(jīng)不同水平的聲波處理TEMPO表面的電荷對闊葉漂白硫酸鹽漿（HW-BKP）的不同作用來制備。其中懸浮的部分被稱為纖維素的微纖絲。細胞的直徑估計在納米至微米大小的范圍（7.07±0.99 nm 10m）19。這種超聲技術(shù)是利用納米纖維在納米大小范圍來制備纖維素的一種新方法20。然而，由于植物細胞壁的復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)和含有較多的氫鍵，通過TEMPO體系氧化得到的纖維是寬分布的聚合納米纖維。因此，通過采用超聲波處理后的TEMPO氧化體系，可以使聚合的納米纖維防止由于表面帶負電荷所引起的靜電斥力 21 。因此，通

7、過研究發(fā)現(xiàn)超聲氧化懸浮的纖維素，其性能方面會影響羧酸鹽類的分子量，粘度，透明度和形態(tài)。纖維素基微纖絲（CMFS）水凝膠的形成除了由三價陽離子產(chǎn)生外，還包括由它們的機械性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的化合物。最后，通過把一種藥物加載到這種水凝膠中去研究控制藥物釋放的行為。目前的做法是通過提出了一種非常簡單、高效的生產(chǎn)方式既纖維基水凝膠。實驗材料將從茂林紙業(yè)有限公司獲得的干木漂白硫酸鹽漿（HW-BKP）在使用前保存在一個恒定的溫度25°C。TEMPO，溴化鈉（NaBr），和次氯酸鈉（NaClO）是從西格瑪奧德里奇購買的。從德山純化學(xué)品有限公司購買的硝酸鋁（Al（NO3）3.9H2O）是用來

8、作纖維素表面電荷的交聯(lián)劑。水（電導(dǎo)率：6毫秒/厘米）是從一個反滲透裝置Upure系統(tǒng)（羅技，Daegu，韓國）進行純化處理得到的。作為藥物釋放評價模型，所使用的是從奧德里奇購買的無水茶堿（分子量= 180.16；純度>98%）。方法通過超聲處理NaBr、NaClO得到羧化纖維素鈉，用TEMPO體系氧化調(diào)控使其水溶液pH在10.5 22 。將纖維素粉末（2克）、TEMPO（0.025克）和NaBr（0.25克）溶解在150毫升水中進行稀釋。將次氯酸鈉溶液（12.5%，8毫升，7.85毫摩爾/克）逐滴加入到上述溶液中啟動氧化。滴加0.5 M NaOH使該混合物的PH值控制在10.5。該反應(yīng)是

9、在室溫下（23°C）反應(yīng)約75分鐘，直至沒有PH值的進一步變化，表示反應(yīng)結(jié)束。通過滴加鹽酸（0.5M）使混合物被中和。為了獲得稀溶漿，應(yīng)進行多次氧化反滲透過濾洗滌。為了獲得2%（W/W）的不溶于水的TEMPO氧化纖維素懸浮液，將水（200毫升）添加到上述溶液中。使用超聲波sonomasher（功率30%，頻率20320赫茲）與直徑為1厘米的探針對懸浮液進行不同處理（即，20，40，和60分鐘）。為了防止機器過熱，超聲處理過程中應(yīng)間隔10分鐘操作。羧基含量測定根據(jù)Saito等人用電導(dǎo)滴定法對CMF的羧基含量的報告 22 。簡單來說，就是將0.05%固體纖維素溶解在80毫升去離子水中，然

10、后加5毫升的0.01 M NaCl制成CMF懸浮液。通過加入0.1M的鹽酸，使懸浮液的PH值被調(diào)整到2.5至3，然后以0.1毫升/分鐘加入0.01M的NaOH使pH升至11。對于電導(dǎo)滴定典型的曲線如圖1所示。其中電導(dǎo)率一直在下降，直到加入NaOH使酸被中和后才開始增加。在（V1）到（V2）之間，該電導(dǎo)率始終保持不變。此外，通過進一步加入NaOH溶液電導(dǎo)率有所增加。電導(dǎo)率的變化可以用熱導(dǎo)儀記錄（sevengo，梅特勒托萊多，中國）。作為比較，該儀器除了可以分離懸浮CMF的碳納米纖維，通過將其12.300g離心40 min（labogene 1580離心機，gyrozen，有限公司，大田，韓國），

11、同時還能測量羧酸酯基團的含量。羧酸鹽的含量通過方程組（1）進行測定，如下：羧基含量mmolg=V2-V1*M NaOH/纖維素的重量（1）粘度和透明度測量懸浮液的粘度用的是超聲Brookfield粘度計（模型DV-II +Pro）。5厘米直徑2號主軸能用來精確的測量粘度。測量時是在溫度22°C下進行的，用250毫升的樣品，采用的轉(zhuǎn)速是60 rpm使用的是15%的1扭矩。每個數(shù)據(jù)需要重復(fù)測量三個參數(shù)。懸浮液的透光率是利用紫外-可見分光光度計測定的（optizen 3220uv，大田農(nóng)藥殘留快速檢測儀有限公司，韓國）。纖維素懸浮液的濃度應(yīng)控制在0.3%（重量/體積）。收集的數(shù)據(jù)所使用的是

12、波長在200至1000納米之間測得的。圖1電導(dǎo)滴定法計算羧基的典型曲線方程。插圖顯示典型的懸浮CMF和CNF圖像。細胞懸浮液的凝膠化是通過添加三價陽離子（Al3+）進行的。既將50毫米的Al（NO3）3，1.6毫摩爾/克溶液，輕輕的加入到纖維素微纖絲的頂部，不攪拌懸浮液。在燒杯的懸浮液中加入（25毫升）的陽離子發(fā)生迅速的凝膠反應(yīng)。然后將水凝膠放在室溫下保存一段時間。再將水凝膠從燒杯中取出，用去離子水沖洗幾次到確保沒有自由的陽離子為止。水凝膠性質(zhì)的測定流變儀（火星，哈克，德國）是用來測量水凝膠的儲存和壓縮強度。標準的流變試驗是使用刀片把儀器切成圓形管（直徑為4厘米，厚度為1厘米）。得到的線性粘彈

13、性的應(yīng)變率為0.01%。穩(wěn)定的剪切試驗的進行是在室溫下使用35毫米直徑的板，板之間的距離為0.1到100弧度/秒進行重復(fù)測量。此外，分析水凝膠試樣的壓縮強度時是通過對細胞懸浮液添加三價陽離子（Al3+），然后剪切成4厘米尺寸的直徑和2厘米的厚度來進行的。在室溫下進行重復(fù)測量時使用的是應(yīng)變率為0.1% /分鐘進行測量的。全反射紅外光譜的測量使用全反射紅外光譜（alpha-p模型（ATR-IR），布魯克Optics，德國）測定低毒冷凍干燥的水凝膠的吸光度。測定的吸光度是在400到4000 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi)。為了增強噪聲比的信號，每個樣品平均掃描24次。FE-SEM分析用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（S

14、EM）（日立S-4800，日本）方法分析研究水凝膠內(nèi)部的形態(tài)。將水凝膠樣品浸入液氮中冷凍，用現(xiàn)有的FE-SEM觀察，然后使用烘干機（韓國fda8508，ilshinbiobase，有限公司，）來生產(chǎn)氣凝膠。將氣凝膠樣品的斷裂面用碳膠帶安裝在樣品存根中，然后用（HPC-1SW，真空離子鍍膜機日本東京設(shè)備公司）涂摸5秒鐘。圖像的加速度是用5伏的電壓獲得的。比表面積和孔徑分析將氣凝膠樣品（0.010.02 g）放置在323 K的細胞樣品中，脫氣5 小時。比表面積和孔氣凝膠的大小分別采用在相對蒸氣壓為77K下的N2吸附法測定，然后在0.02 -1范圍內(nèi)解吸。特定的表面積是使用布魯諾爾-埃米特-特勒（B

15、ET）的方法進行測定的。此外，纖維素型氣凝膠的平均孔徑是利用巴雷特joynerhalenda氮解吸等溫線（BJH）方法進行估計的。纖維素氣凝膠的的直徑（D）是采用式（2）進行估計的，假設(shè)原圓筒狀的纖維的密度是= 1460公斤立方米 23 ：d=4cBET（2）在這里，c是纖維素的密度,BET是指特殊的表面積。纖維素結(jié)晶度的X射線衍射分析纖維素水凝膠結(jié)晶性的評價是通過將氣凝膠樣品進行X射線衍射（XRD）測定的。XRD的測量是用X射線衍射儀（D / max-2500，理學(xué)，日本）進行的。將cuka-1射線在波長為1.541A下進行分析。通過2U反射模式既用速率為68 /分鐘步長0.028掃描獲得的

16、數(shù)據(jù)應(yīng)在108到408的范圍內(nèi)。使用方程（3）從相應(yīng)的X射線衍射譜線計算結(jié)晶度 24 ：結(jié)晶度%=I200-IamI200（3）其中，I200是纖維素在228和238之間的最大峰強度，Iam是纖維素原纖維在188和198之間的最小峰強度。水凝膠溶脹率將約0.2克的氣凝膠樣品浸入200毫升的水中膨脹。測定定量的水分從吸收前后的質(zhì)量差異以及反應(yīng)的時間。將樣品仔細篩選，多余的水用濾紙除去。用式（4）計算膨脹比（SR）：SR=Wt-WoWo（4）其中，Wo和Wt分別是樣品在水中溶脹前后的重量。藥物釋放的研究將茶堿藥物（0.02%瓦特/濕水凝膠）加入到經(jīng)過超聲波處理的水凝膠中，經(jīng)攪拌后加入到纖維素懸浮液

17、中。這是混合懸浮液化的過程。載藥水凝膠被切斷成一個長方體的形狀，尺寸分別為1厘米，3厘米和1厘米。然后將樣品浸泡在一個裝滿蒸餾水的燒杯中。將樣品放在約3.5毫升蒸餾水的燒杯中，并采用紫外光譜儀（optizen 3220uv，大田農(nóng)藥殘留快速檢測儀有限公司，韓國），在紫外/可見光譜為273 nm波長下每小時測定水中的藥物濃度。將樣品定量加入到燒杯中，通過在不同時間測得的的藥物濃度，使用標準曲線（R2 = 0.999）進行校準。由方程（5）計算得到藥物的累積釋放率：累積釋放%=WdtW（5）其中，Wdt是藥物在時間t的質(zhì)量，W是樣品在水凝膠中載藥總重量。所有的藥物釋放試驗樣品必須重復(fù)進行。結(jié)果與討

18、論氧化纖維素羧酸酯基團的含量纖維素被TEMPO體系所氧化而產(chǎn)生的以負纖維素為主的羧酸鹽基團將C6伯羥基表面的羧基進行反應(yīng)形成了少量的二次醛基。超聲處理的氧化纖維素的不同羧基含量如圖2。經(jīng)過TEMPO體系氧化的纖維素的羧基含量從0.15毫摩爾/克的HW-BKP增加到0.67毫摩爾/克。超聲處理氧化的細胞在不同時間羧基細胞的含量沒有改變。然而，當將碳納米纖維進行分離出CMFs的懸浮液時,碳納米纖維的羧基含量被確定為高達0.82毫摩爾/克，事實上這可能是由于碳納米纖維有比CMFs更大的表面積，這表明碳納米纖維具有更多的負交聯(lián)電荷。圖2在不同處理時間處理的氧化纖維素的羧基含量細胞形態(tài)用光學(xué)顯微鏡觀察懸

19、浮細胞的形態(tài)如圖3所示。圖3不同超聲處理的氧化纖維素懸浮液照片。插圖說明纖維凹陷（氣球狀結(jié)構(gòu)）是由于超聲波處理纖維素表面帶電基團及它們之間的靜電斥力。值得注意的是，用超聲波處理降低懸浮液中CMFs的分數(shù)，這表明在懸浮液中碳納米纖維含量的增加。隨著處理時間的增加，紙漿纖維逐漸從原纖化變成較小的碎片，超細的纖維，到最后是納米纖維。正如預(yù)期的那樣，長時間超聲處理，CMF的懸浮液變得更加的透明。這可能是由于超聲的顫動效應(yīng)。在超聲處理的CMF懸浮液體中，由于超聲導(dǎo)致的高強度聲空化，導(dǎo)致生長氣泡的破裂，從而提供了一種超聲化學(xué)能量約為10100 kJ/mol 1 的影響。在超聲空化中，由于氣泡的破裂產(chǎn)生瞬時

20、強烈的局部加熱和高壓過程 25 。表面陰離子電荷的存在促進了顫動過程，從而導(dǎo)致纖維素微纖絲內(nèi)部的靜電斥力20 。60 min超聲處理的典型的氣球狀結(jié)構(gòu)（黑色箭頭）從圖3可以看出。氣球的寬度是原紙漿的兩倍以上。這種現(xiàn)象類似于uetani和Yano使用高速攪拌機處理在納米纖維中觀察到的的物理現(xiàn)象 26 。CMF懸浮液的粘度和透明度CMF懸浮液的粘度隨著超聲處理時間的增加而升高（圖4a）。初始粘度的上升可能是由于高表面積的CNF比例增加使之與水介質(zhì)強烈的互動 27 。此外，隨著超聲波處理時間的增加，CMF的懸浮液的透明度由15%增加到45%（圖4b）。在分離純化的CNF懸浮液中透明度比在CMF懸浮液

21、中較高（85%）；因此，透明度的增加表明超聲波處理形成的細胞懸浮液中有納米碳纖維。CMF和CNF懸浮液外觀的比較如圖1可見。纖維素水凝膠的力學(xué)性能超聲時間（min） 波長（nm）圖4超聲處理對懸浮液粘度（a）和透明度（b）的影響。纖維素水凝膠的力學(xué)性能是通過儲能模量分析確定（G0），損耗模量（G00）和壓縮強度是利用流變儀確定的。這些測量數(shù)據(jù)的研究結(jié)果如圖5。微凝膠G0，G00的剪切速率沒有顯著的變化（圖5a），這表明CMF的懸浮液與被添加的陽離子發(fā)生了交聯(lián)。高價的鋁陽離子可能會導(dǎo)致相鄰多個羧酸基團產(chǎn)生更大的靜電引力，并在原纖維上產(chǎn)生聚合 18 。在應(yīng)用頻率方面，G0值總是高于G00值，表示其

22、中有一個穩(wěn)定相互作用。隨著處理時間的增加，G0，G00的值也增加。高表面積的碳納米纖維的存在促進了與相鄰的纖維素微纖絲的聚合和交聯(lián)。正如預(yù)料的那樣，水凝膠的抗壓強度遵循一個類似儲能模量的趨勢（圖5b）。此外，我們不能從超聲波處理的氧化纖維素水凝膠中獲得其中的顫動過程。圖5纖維素水凝膠的機械存儲能（a）G0） 壓縮強度損耗模量（G00）（b）纖維素水凝膠的化學(xué)基團圖6不同的超聲處理制備纖維素水凝膠的ATR-IR光譜。不同超聲處理冷凍干燥水凝膠的ATR-IR光譜，如圖6所示。超聲處理時間不影響水凝膠的位置和吸收強度，說明增加處理時間沒有引起水凝膠的化學(xué)變化 28 。據(jù)報道延長超聲處理，會誘導(dǎo)各種超

23、微結(jié)構(gòu)的缺陷，如縮短，打結(jié)，和引起在制漿過程中的顫動 29 。然而，處理氧化纖維素紙漿會導(dǎo)致產(chǎn)生1630，1636和1743，1769厘米的新的高峰，分別為羧酸鹽羧酸基團。因此，這些新功能基的出現(xiàn)清楚地證明了氧化反應(yīng)的成功。這些陽離子誘導(dǎo)的細胞也導(dǎo)致該COO拉伸交聯(lián)，向高波數(shù)轉(zhuǎn)變明顯，這是由于陽離子和羧酸基團離子鍵之間形成了表面改性纖維素 30 。由于羧基的原因在17431769 cm-1周圍出現(xiàn)一個新的肩峰。根據(jù)Dong等人的報道這是由于溶液中的金屬鹽在低PH值下水解的羧酸基團加入水凝膠中形成了Al3+。 18 。該報道還認為COOH在水凝膠中形成的基團也可以影響該水凝膠的溶脹行31,32。

24、其在3344到3349 cm-1和1160cm-1分別出現(xiàn)了寬峰，表明受到拉伸和彎曲，其中CH2伸縮頻率出現(xiàn)在29122917厘米范圍內(nèi)。樣品在1038 cm-1有兩個共同拉伸高峰，高峰在897厘米是由于纖維素鏈-c-o-c-化學(xué)鍵的原因。纖維素水凝膠的結(jié)晶度由于纖維素水凝膠的溶脹行為是由于纖維素晶體堆積密度的影響，利用該凍干纖維素水凝膠來計算相應(yīng)的的結(jié)晶度。圖7顯示的是微凝膠形態(tài)的典型X射線。正如預(yù)想的那樣，衍射圖的所有微凝膠呈現(xiàn)一二峰型，峰的位置幾乎相同。圖7（a）典型的XRD衍射圖 （b）結(jié)晶纖維素氣凝膠這種X射線衍射圖是典型的纖維素2反射，包括14.98°，15.78

25、6;，和22.68°被分別加到101，10-1，和002模型上 33 。使用這些衍射圖譜，纖維素水凝膠的結(jié)晶度使用式（3）進行量化。結(jié)果在圖7b中可見。這表明，超聲處理時間不影響微凝膠離子交聯(lián)形成結(jié)晶排列。根據(jù)Briois等人的研究 29 ，超聲至少需要3 小時，才能將纖維素的晶形變體。在我們的研究報道下的纖維素最多需要進行1 小時處理，因此，如果能夠獲得微纖維素水凝膠，這種凝膠可以說是屬于節(jié)能型水凝膠。水凝膠形態(tài)的SEM分析凍干凝膠的內(nèi)部形態(tài)（氣凝膠的特點是利用FE-SEM）。圖8顯示了使用三種不同的超聲方法掃描凝膠圖像。圖8使用不同的超聲時間制備纖維素水凝膠的SEM圖像。箭頭表示

26、納米纖維素微纖絲。總體而言，水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有一些孔間隙的 34 。前面所討論的CMF懸浮液的粘度和透明度，其中水凝膠內(nèi)部的圖像也證實了碳纖維存在（圖8中箭頭所示）。隨著處理時間增加水凝膠的結(jié)構(gòu)變得更加具有多孔性。這些多孔結(jié)構(gòu)通過直接或間接的離子交聯(lián)相互作用制成纖維素。所有的水凝膠都具有層狀結(jié)構(gòu)，是由凍結(jié)的水分子和凍干的纖維素誘導(dǎo)形成的 35 。使用短的處理時間可以保留得到如圖所示的許多纖維紙漿（圖8中箭頭）凝膠，更長的超聲觀察得到更為層狀結(jié)構(gòu)的凝膠。這些觀察表明，CNF的存在部分影響水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。水凝膠的表面積和孔徑通過比較超聲時間對纖維素水凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響如具體的纖維直徑，凝膠的孔

27、隙半徑和表面積（圖9）。超聲時間（min） 超聲時間（min）圖9（a）纖維直徑和比表面積 （b）不同聲波處理時間的凝膠的孔隙半徑增加超聲時間可以增加凝膠的比表面積，而纖維直徑隨著超聲時間的增加而減少（圖9a）。這些結(jié)果表明CNF特性的增加，與高達66平方米/克的表面積，超聲時間過程的延長 31 有關(guān)。這些結(jié)果是通過FE-SEM觀察得到的一致的關(guān)于形態(tài)方面特征的結(jié)論，這表明使用超聲處理20分鐘到60分鐘得到的微晶纖維素的聚合是得到廣泛應(yīng)用的。氣凝膠的孔徑也是使用巴雷特喬伊娜（BJH孔徑分布）的方法估計的（圖9b）。除了超聲處理40分鐘外，超聲時間沒有顯著影響水凝膠的孔隙半徑。它被認為是交聯(lián)水凝

28、膠中孔隙半徑較小的。然而，從FE-SEM分析報告中可以看出（圖8），氣凝膠是具有多孔層狀結(jié)構(gòu)的纖維集合體。因此，不能在纖維素的應(yīng)用中假設(shè)有一個均勻的圓柱形的結(jié)構(gòu)23 。水凝膠的溶脹行為從水凝膠制備氣凝膠的溶脹中比較水凝膠的吸水特性（圖10）。時間（min）圖10采用不同的超聲波時間處理水凝膠的溶脹行為氣凝膠吸附完所有的水形成片層結(jié)構(gòu)并達到平衡溶脹的時間在5分鐘之內(nèi)。這種現(xiàn)象是與氧化納米纖維素的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)溶脹快速有關(guān)的 36 。由于微晶纖維素的存在，其中有許多親水性羥基基團，以及在ATR-IR下水凝膠中存在的有羧酸基團，導(dǎo)致高吸水性水凝膠在初始時刻就能吸水。初始的吸水后，隨著時間的增加，水凝膠溶脹

29、沒有再繼續(xù)。這可能要歸因于CMFs的高結(jié)晶度，防止了細胞溶脹。溶脹率最低的樣品需要使用60分鐘才能制備。使用較長的處理時間來溶脹的原因是由于是在一個比例更大的水凝膠薄膜中形成的，這導(dǎo)致增加了分子的交聯(lián)，導(dǎo)致產(chǎn)生一個更密集和更緊湊的水凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。增加了水滲透到水凝膠的難度。作為這樣的一個結(jié)果，水凝膠的吸水性能顯著下降，導(dǎo)致相應(yīng)的膨脹比減少。然而，這可能是由于水凝膠中纖維素具有較小的孔隙半徑，超聲處理40分鐘并沒有觀察到變化。水凝膠藥物釋放纖維素水凝膠的多孔結(jié)構(gòu)，高表面積，強吸收水分的能力使其作為藥物載體的釋放可以得到控制。茶堿藥物從水凝膠中累積釋放的時間如圖11。時間（min）圖11不同超聲

30、時間對茶堿載水凝膠的釋藥行為藥物的釋放速度是相當?shù)偷男∮冢?0%），這可能是由于水凝膠具有相對恒定的溶脹（平衡狀態(tài)）和通過短曝光時間（即24小時）的擴散來釋放藥物的。對于所有的水凝膠，藥物在6小時內(nèi)急劇累積釋放，并進一步一直增加釋放到最后釋放完畢。采用超聲處理60分鐘的時間來制備的水凝膠得到的是釋放行為最慢的水凝膠。這些藥物的釋放特性是具有相當一致的溶脹行為如圖10所示的水凝膠。因此，這些結(jié)果表明，水凝膠的特性，如形態(tài)，表面積，孔隙大小，水凝膠的完整性，和表面電荷，對藥物的釋放行為有一個顯著的影響。結(jié)論纖維素水凝膠的成功制作是一個簡單的方法，就是通過把其中正三價金屬陽離子添加到CMF懸浮液中，

31、然后由TEMPO體系氧化，用不同時間的超聲氧化制備纖維素紙漿。CMFs的羧酸鹽組的含量是不受超聲時間處理的影響。然而，超聲波處理時間的比例會影響其在CMF懸浮液中的納米碳纖維，這反過來又影響了水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。增加處理時間會導(dǎo)致存儲模量的增加，而壓縮強度，微凝膠的表面積，計算纖維直徑會減小。延長處理時間不影響纖維素水凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度。因此，水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對藥物的溶脹行為和釋放行為都有顯著的影響，這表明水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過超聲時間來控制和操縱藥物從水凝膠中的釋放行為。鳴謝這項研究得到了韓國和意大利雙邊聯(lián)合的支持，研究方案通過了韓國國家研究基金會（NRF）和得到朝鮮（NRF）的資助。由

32、教育部，科學(xué)，技術(shù)（批準號：2013k1a3a1a25037202）Valerio批準。感謝意大利外交部，每拉作用德爾direzione興業(yè)Sistema的支持。參考文獻1C.昌，L.張，高分子糖。84（2011）40 - 53。2L. Alexandrescu，K. syverud，A.加蒂，G.Chinga-Carrasco，纖維素20（2013）1765 1775。3M.M,Abeer，M.C.I.M.Amin，C.馬丁，J.藥學(xué)。藥理學(xué)。66（2014）1047 - 1061。4A.M.Bochek，纖維化學(xué)。40（2008）192 - 197。5A. Mandal，D.查克拉巴蒂，J

33、.工業(yè)工程化學(xué)。20（2014）462 - 473。6 S.Y.李，S.J.Chun，I.A.Kang，J.Y. Park，J.工業(yè)工程化學(xué)。15（2009）50 - 55。7J張，H.Song，L.林，J.Zhuang,C.Pang，劉，S.，生物質(zhì)能源39（2012）78 83。8D.V.Plackett，K.拉提佛，J.K.杰克遜，H.M.伯特，諾德。Pulp Pap.Res.J，29（2014）.105 118。9 R.M.A.Domingues，M.E.戈麥斯公司Reis，生物大分子，15（2014）2327 2346。10S.J.Eichhorn，軟質(zhì)7（2010）303315。1

34、1S.J.Chun，S.Y.李，G.H. DOH，S. Lee，J.基姆，J.工業(yè)工程化學(xué)。17（2011）521 - 526。12 J.杰克遜，K. letchord，b.z.沃瑟曼，L.葉，W.Y.哈馬德，H.M.伯特，Int J.6（2011）321 - 330。13Y.F.唐,Y.M.杜，X.W.胡，X.W.石，J.F.甘乃迪。高分子糖。67（2007）491 699。14 T. T. S. Saito，Uematsu，Kimura，T. enomae，A.Isogai，軟質(zhì)7（2011）8804 8809。15K.安倍，H.雅諾，高分子糖。85（2011）733 - 737。16 Y. T. J. Ishikura，Nakano，木材科學(xué)。53（2007）175 - 177。17科斯伯姆syverud K K，H，S hajizadeh