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北方民大雒春辉教授Eur. Polym. J./Int. J. Biol. Macromol.:在葡萄籽提取物利用方面取得新进展
2024-04-09  来源:高分子科技

  天然高分子具有安全无毒、可生物降解、来源丰富、价格低廉等优点,尤其是源自工农业废弃物/副产品的再利用能减少环境污染,具有显著的经济效益和生态效益,是国内外研究热点。宁夏具有悠久的葡萄种植和葡萄酒酿造历史,葡萄产业是自治区九大支柱产业之一。尽管葡萄酒业蓬勃发展,葡萄籽这一宝贵的副产品却常常被忽视。大量的葡萄籽被随意丢弃,造成了资源的浪费和环境的负担然。利用酿酒废弃物构筑高附加值新材料,对于延伸葡萄酒产业链有积极作用。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由不同数量的儿茶素缩合而成,提取率约5 wt%,所含儿茶酚官能团为粘附提供了可能。但是GSE分子量较低,价格昂贵,主要用于化妆品或保健品领域。而GSP 提取率约12 wt%,价格低廉,分子量高,侧链含有羧基、氨基、巯基以及酚羟基等官能团。分子量高有利于保障水凝胶的熵弹性和链缠结密度,而侧链含有大量羧基、氨基等氢键给体和受体便于利用氢键交联,其酰胺键主链具有良好的生物相容性,且降解产物氨基酸可以被人体吸收。因此,结合GSPGSE的优点构筑高附加值生物医用高分子材料,有望提高酿酒产品废弃物的利用率,具有重要的经济效益和环境效益。


  鉴于此,课题组以聚乙烯醇和GSP为原料,不使用有害助剂制备了机械性能接近天然软骨的水凝胶。(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)。随后,课题组以聚乙烯醇和GSE为凝胶基质,并选择碳纳米管作为导电填料制备了自粘附高灵敏水凝胶传感器。(From grape seed extract to highly sensitive sensors with adhesive, self-healable and biocompatible propertiesEuropean Polymer JournalJCR一区期刊,影响因子6.0)。近期,课题组以GSP和单宁酸为原料,制备了性能良好的胶黏剂,研究成果分别发表在《International Journal of Biological Macromolecules》(中科院一区Top期刊,影响因子8.2)和《European Polymer Journal》(JCR一区期刊,影响因子6.0)上。



  由于界面粘附能较低以及界面水的自润滑效果,在生物组织、水凝胶等软湿材料之间快速建立粘附仍然是一挑战。研究表明,纳米颗粒水溶液能增加水凝胶与生物组织的界面粘结能。与无机颗粒相比,弹性聚合物胶束的变形能力能够进一步耗散外力。因此,以天然高分子自组装纳米颗粒为胶水,并通过升温诱导其解体为线性分子链,有望解决现有伤口敷料面临的多功能与可逆粘附无法兼顾的难题。鉴于此,作者设计了一种以葡萄籽蛋白和单宁酸(GSP-TA)为原料的纳米胶。由于纳米颗粒的高比表面积和多官能团特点,GSP-TANHs可以在10秒左右将各种水凝胶粘附在一起,包括物理交联的聚乙烯醇、化学交联的聚丙烯酰胺、阴离子型聚2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸,以及阳离子型壳聚糖。尤为重要的是,由于氢键的温度敏感性,该胶水在温度升高45℃时可以实现轻易剥离这些特点使其在慢性伤口敷料领域具有极大的应用潜力。 


 1. 纳米胶水的制备示意图。


 2. 纳米胶水对各类水凝胶的粘附性能。


3.温度诱导的按需剥离特点


  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.112902



  由于界面水的存在,绝大多数水凝胶材料均不具有粘附特性,而赋予他们粘附特点的常见策略依赖于复杂的表面化学修饰。为避免化学修饰,作者制备了一种GSP/TA粉末,该粉末可将各种非粘性水凝胶迅速转化为粘性凝胶。粉体能够迅速吸收界面水扩散到水凝胶基质中,在5 s内建立强韧界面粘结。此外,该粉末处理后的聚丙烯酰胺或聚乙烯醇水凝胶,能够粘附各种固体基材(木材、纸板、玻璃、铁和橡胶)和湿组织(猪皮、肌肉、肝脏和心脏),粘接强度100 kPa左右。由于葡萄籽蛋白和植物多酚的优点,该粉末能够在11天内降解,且具有优异的生物相容性。该方法原料易得操作简单、普适性强,丰富了传统水凝胶的功能,有望拓宽其应用领域。

1. 将各种非粘性水凝胶转化为粘性凝胶的示意图。


 2.  粉末处理后的PAM水凝胶对各种基材的粘附强度。


3. GSP-TA粉末处理后的水凝胶具备快速粘附且可逆的粘附能力。


  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131215


  硕士研究生葛琢是该论文的第一作者,雒春辉教授为通讯作者,北方民族大学为独立通讯作者单位。研究工作得到了国家自然科学基金((52063001)、宁夏自然科学基金(2023AAC02052)以及北方民大学高层次人才培养计划(2019BGGZ11)的资助。
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(责任编辑:xu)
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