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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(jìn)展
2024-04-09  來(lái)源：高分子科技

  天然高分子具有安全無(wú)毒、可生物降解、來(lái)源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，尤其是源自工農(nóng)業(yè)廢棄物/副產(chǎn)品的再利用能減少環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。寧夏具有悠久的葡萄種植和葡萄酒釀造歷史，葡萄產(chǎn)業(yè)是自治區(qū)九大支柱產(chǎn)業(yè)之一。盡管葡萄酒業(yè)蓬勃發(fā)展，葡萄籽這一寶貴的副產(chǎn)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(fèi)和環(huán)境的負(fù)擔(dān)然。利用釀酒廢棄物構(gòu)筑高附加值新材料，對(duì)于延伸葡萄酒產(chǎn)業(yè)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(shù)量的兒茶素縮合而成，提取率約5 wt%，所含兒茶酚官能團(tuán)為粘附提供了可能。但是GSE分子量較低，價(jià)格昂貴，主要用于化妝品或保健品領(lǐng)域。而GSP 提取率約12 wt%，價(jià)格低廉，分子量高，側(cè)鏈含有羧基、氨基、巰基以及酚羥基等官能團(tuán)。分子量高有利于保障水凝膠的熵彈性和鏈纏結(jié)密度，而側(cè)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(lián)，其酰胺鍵主鏈具有良好的生物相容性，且降解產(chǎn)物氨基酸可以被人體吸收。因此，結(jié)合GSP與GSE的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)筑高附加值生物醫(yī)用高分子材料，有望提高釀酒產(chǎn)品廢棄物的利用率，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)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(jī)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 polymer，Journal 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(zhì)，并選擇碳納米管作為導(dǎo)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 properties，European Polymer Journal，JCR一區(qū)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(fā)表在《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)Top期刊，影響因子8.2）和《European Polymer Journal》（JCR一區(qū)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(rùn)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個(gè)挑戰(zhàn)。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(jié)能。與無(wú)機(jī)顆粒相比，彈性聚合物膠束的變形能力能夠進(jìn)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(guò)升溫誘導(dǎo)其解體為線性分子鏈，有望解決現(xiàn)有傷口敷料面臨的多功能與可逆粘附無(wú)法兼顧的難題。鑒于此，作者設(shè)計(jì)了一種以葡萄籽蛋白和單寧酸(GSP-TA)為原料的納米膠水。由于納米顆粒的高比表面積和多官能團(tuán)特點(diǎn)，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(lián)的聚乙烯醇、化學(xué)交聯(lián)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(yáng)離子型殼聚糖。尤為重要的是，由于氫鍵的溫度敏感性，該膠水在溫度升高至45℃時(shí)可以實(shí)現(xiàn)輕易剝離，這些特點(diǎn)使其在慢性傷口敷料領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。 


 圖1. 納米膠水的制備示意圖。


 圖2. 納米膠水對(duì)各類水凝膠的粘附性能。


圖3.溫度誘導(dǎo)的按需剝離特點(diǎn)


  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(shù)水凝膠材料均不具有粘附特性，而賦予他們粘附特點(diǎn)的常見(jiàn)策略依賴于復(fù)雜的表面化學(xué)修飾。為避免化學(xué)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(zhuǎn)化為粘性凝膠。該粉體能夠迅速吸收界面水并擴(kuò)散到水凝膠基質(zhì)中，在5 s內(nèi)建立強(qiáng)韌的界面粘結(jié)。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(qiáng)度均在100 kPa左右。由于葡萄籽蛋白和植物多酚的優(yōu)點(diǎn)，該粉末能夠在11天內(nèi)降解，且具有優(yōu)異的生物相容性。該方法原料易得、操作簡(jiǎn)單、普適性強(qiáng)，豐富了傳統(tǒng)水凝膠的功能，有望拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1. 將各種非粘性水凝膠轉(zhuǎn)化為粘性凝膠的示意圖。


 圖2.  粉末處理后的PAM水凝膠對(duì)各種基材的粘附強(qiáng)度。


圖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(xué)為獨(dú)立通訊作者單位。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（(52063001）、寧夏自然科學(xué)基金(2023AAC02052)以及北方民大學(xué)高層次人才培養(yǎng)計(jì)劃（2019BGGZ11）的資助。
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