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北方民大雒春輝教授Eur. Polym. J./Int. J. Biol. Macromol.:在葡萄籽提取物利用方面取得新進展
2024-04-09  來源:高分子科技

  天然高分子具有安全無毒、可生物降解、來源豐富、價格低廉等優點,尤其是源自工農業廢棄物/副產品的再利用能減少環境污染,具有顯著的經濟效益和生態效益,是國內外研究熱點。寧夏具有悠久的葡萄種植和葡萄酒釀造歷史,葡萄產業是自治區九大支柱產業之一。盡管葡萄酒業蓬勃發展,葡萄籽這一寶貴的副產品卻常常被忽視。大量的葡萄籽被隨意丟棄,造成了資源的浪費和環境的負擔然。利用釀酒廢棄物構筑高附加值新材料,對于延伸葡萄酒產業鏈有積極作用。葡萄籽中水溶性提取物主要是葡多酚(GSE)和葡萄籽蛋白(GSP)。其中,GSE由不同數量的兒茶素縮合而成,提取率約5 wt%,所含兒茶酚官能團為粘附提供了可能。但是GSE分子量較低,價格昂貴,主要用于化妝品或保健品領域。而GSP 提取率約12 wt%,價格低廉,分子量高,側鏈含有羧基、氨基、巰基以及酚羥基等官能團。分子量高有利于保障水凝膠的熵彈性和鏈纏結密度,而側鏈含有大量羧基、氨基等氫鍵給體和受體便于利用氫鍵交聯,其酰胺鍵主鏈具有良好的生物相容性,且降解產物氨基酸可以被人體吸收。因此,結合GSPGSE的優點構筑高附加值生物醫用高分子材料,有望提高釀酒產品廢棄物的利用率,具有重要的經濟效益和環境效益。


  鑒于此,課題組以聚乙烯醇和GSP為原料,不使用有害助劑制備了機械性能接近天然軟骨的水凝膠。(Fabrication of self-healable, conductive, and ultra-strong hydrogel from polyvinyl alcohol and grape seed-extracted polymerJournal of Applied Polymer Science,引用25次)。隨后,課題組以聚乙烯醇和GSE為凝膠基質,并選擇碳納米管作為導電填料制備了自粘附高靈敏水凝膠傳感器。(From grape seed extract to highly sensitive sensors with adhesive, self-healable and biocompatible propertiesEuropean Polymer JournalJCR一區期刊,影響因子6.0)。近期,課題組以GSP和單寧酸為原料,制備了性能良好的膠黏劑,研究成果分別發表在《International Journal of Biological Macromolecules》(中科院一區Top期刊,影響因子8.2)和《European Polymer Journal》(JCR一區期刊,影響因子6.0)上。



  由于界面粘附能較低以及界面水的自潤滑效果,在生物組織、水凝膠等軟濕材料之間快速建立粘附仍然是一挑戰。研究表明,納米顆粒水溶液能增加水凝膠與生物組織的界面粘結能。與無機顆粒相比,彈性聚合物膠束的變形能力能夠進一步耗散外力。因此,以天然高分子自組裝納米顆粒為膠水,并通過升溫誘導其解體為線性分子鏈,有望解決現有傷口敷料面臨的多功能與可逆粘附無法兼顧的難題。鑒于此,作者設計了一種以葡萄籽蛋白和單寧酸(GSP-TA)為原料的納米膠。由于納米顆粒的高比表面積和多官能團特點,GSP-TANHs可以在10秒左右將各種水凝膠粘附在一起,包括物理交聯的聚乙烯醇、化學交聯的聚丙烯酰胺、陰離子型聚2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸,以及陽離子型殼聚糖。尤為重要的是,由于氫鍵的溫度敏感性,該膠水在溫度升高45℃時可以實現輕易剝離這些特點使其在慢性傷口敷料領域具有極大的應用潛力。 


 1. 納米膠水的制備示意圖。


 2. 納米膠水對各類水凝膠的粘附性能。


3.溫度誘導的按需剝離特點


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.112902



  由于界面水的存在,絕大多數水凝膠材料均不具有粘附特性,而賦予他們粘附特點的常見策略依賴于復雜的表面化學修飾。為避免化學修飾,作者制備了一種GSP/TA粉末,該粉末可將各種非粘性水凝膠迅速轉化為粘性凝膠。粉體能夠迅速吸收界面水擴散到水凝膠基質中,在5 s內建立強韌界面粘結。此外,該粉末處理后的聚丙烯酰胺或聚乙烯醇水凝膠,能夠粘附各種固體基材(木材、紙板、玻璃、鐵和橡膠)和濕組織(豬皮、肌肉、肝臟和心臟),粘接強度100 kPa左右。由于葡萄籽蛋白和植物多酚的優點,該粉末能夠在11天內降解,且具有優異的生物相容性。該方法原料易得操作簡單、普適性強,豐富了傳統水凝膠的功能,有望拓寬其應用領域。

1. 將各種非粘性水凝膠轉化為粘性凝膠的示意圖。


 2.  粉末處理后的PAM水凝膠對各種基材的粘附強度。


3. GSP-TA粉末處理后的水凝膠具備快速粘附且可逆的粘附能力。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131215


  碩士研究生葛琢是該論文的第一作者,雒春輝教授為通訊作者,北方民族大學為獨立通訊作者單位。研究工作得到了國家自然科學基金((52063001)、寧夏自然科學基金(2023AAC02052)以及北方民大學高層次人才培養計劃(2019BGGZ11)的資助。
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