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  抗菌水凝膠的機械性能差被認為是其在很多應用中的一個障礙。本文通過物理和化學交聯成功地制備出一種新型雙網絡結構的殼聚糖基水凝膠，即殼聚糖/聚丙烯酰胺-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨水凝膠，其機械性能與聚丙烯酰胺的含量呈正比，抗菌能力與季銨鹽化合物的含量也成正比。通過對聚丙烯酰胺和季銨鹽化合物的優化，當比例為5:5時，機械力達到530.72 ± 3.19 kPa，對E. coli和L. monocytogenes的抑菌率分別為76.6%（40 mg的凍干樣本）和72.85%（20 mg的凍干樣本）。本研究中的具有出色的機械性能和抗菌性能的水凝膠，對于各種應用具有潛在的前景。

本文亮點

1.成功制備物理和化學交聯的雙重網絡結構的殼聚糖基水凝膠。

2.聚丙烯酰胺網絡給制備的復合水凝膠提供了出色的機械力。

3.季銨鹽化合物被成功交聯到制備的水凝膠中。

4.季銨鹽化合物顯著增強了殼聚糖基水凝膠的抗菌能力。

  抗菌水凝膠的機械性能差被認為是其在很多應用中的一個障礙。康涅狄格大學Yangchao Luo團隊利用物理和化學交聯成功地制備出一種新型雙網絡結構的殼聚糖/聚丙烯酰胺-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨水凝膠。具體地，通過丙烯酰胺和季銨鹽化合物的自由基聚合反應形成一層化學網絡，殼聚糖的存在形成一層氫鍵為主的物理網絡。通過調整丙烯酰胺和季銨鹽的比例，得到最理想的機械力和抗菌能力。結果顯示，當比例為5:5時，機械力達到530.72 ± 3.19 kPa，對E. coli和L. monocytogenes的抑菌率分別為76.6%（40 mg的凍干樣本）和72.85%（20 mg的凍干樣本）。本研究中的具有出色的機械性能和抗菌性能的水凝膠，對于各種應用具有潛在的前景。

Ⅰ 水凝膠的形成

圖1. (a)復合水凝膠的制備原理。(b)制備好的水凝膠圖片

ⅠI  水凝膠的機械力和流變性質

圖2. (a)不同復合水凝膠的壓縮測試過程展示圖。(b)復合水凝膠的應力-應變曲線。(c)從應力-應變曲線計算得出的復合水凝膠在85%應變下的壓縮應力。(d)復合水凝膠的動態流變性能。

ⅠII  水凝膠的結構表征

圖3. SEM顯微照片不同放大倍數下的水凝膠的微觀結構：500倍放大（上圖）和1000倍放大（下圖）。

ⅠV 抗菌實驗

  原文鏈接：

  Construction and characterization of chitosan/poly(acrylamide‐[2‐(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) double‐network hydrogel with enhanced antibacterial activity

  Honglin Zhu, Tiangang Yang, Sunni Chen, Xinhao Wang1, Jie He, Yangchao Luo*

  Advanced Composites and Hybrid Materials (2023) 6:192 

  https://doi.org/10.1007/s42114-023-00773-7

作者簡介

朱宏林

本文第一作者

康涅狄格大學 博士生

主要研究領域

殼聚糖基水凝膠的制備及其在污水處理中的應用

幾丁質的提取及其利用

個人簡介

康涅狄格大學營養科學博士生，在《International Journal of Biological Macromolecules》、《Advanced Composites and Hybrid Materials》、《Current Opinion in Food Science》、《Journal of Materials Chemistry B》、《Journal of Agriculture and Food Research》等國際高水平期刊發表SCI論文5篇。

羅陽超

本文通訊作者

美國康涅狄格大學 副教授

主要研究領域

天然高分子材料在營養，食品，以及農業方面的應用。

個人簡介

羅陽超博士目前擔任美國康涅狄格大學營養系的副教授。2012年獲得美國馬里大學博士學位，主要研究食品納米與高分子材料，曾于2012-2013年在美國田納西大學做博士后研究工作。近十年（2014-2023）期間，發表高水平SCI論文120余篇。目前擔任Elsevier旗下International Journal of Biological Macromolecules副總編，Journal of Agriculture and Food Research主編。