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不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究

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不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究 宋巍等,不同脱乙酰度壳聚糖的制备爰结构性能的研究 不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究’ 宋巍,陈元维,史国齐,张小华,余喜讯,万昌秀 (四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065) 摘要: 壳聚糖目前是天然可降解重用材料的研究 热点。但因脱乙酰度(D.D.)为60%~80%的壳聚糖难 于制备,国内外对不同脱乙酰度壳聚搪的生物相客性 研究少见报导。探索了不同脱乙酰度壳聚糖的制备工 艺厦D.D.对壳聚糖结构扣性能的影响,为进一步研宛 不羼脱乙酰度壳聚耱降解产物对内皮细胞行为的影响 做准...

不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究
宋巍等,不同脱乙酰度壳聚糖的制备爰结构性能的研究 不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究’ 宋巍,陈元维,史国齐,张小华,余喜讯,万昌秀 (四川大学高分子科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,四川成都610065) 摘要: 壳聚糖目前是天然可降解重用材料的研究 热点。但因脱乙酰度(D.D.)为60%~80%的壳聚糖难 于制备,国内外对不同脱乙酰度壳聚搪的生物相客性 研究少见报导。探索了不同脱乙酰度壳聚糖的制备工 艺厦D.D.对壳聚糖结构扣性能的影响,为进一步研宛 不羼脱乙酰度壳聚耱降解产物对内皮细胞行为的影响 做准备。方法;以高脱乙酰度壳聚糖为原料制备中、低 脱乙酰度壳聚糖,用酸碱滴定法测定D.D.,粘度法洲 定分子量,傅利叶红外光谱和X射践衍射法分析晶体 姑构。姑果t制备得到的壳聚糖D.D.分别为54%、 61%、63%、70%、80%lD.D.降低使亮豪糖分子量增 加,蛄晶度降低,水溶性和成膜性能改善。 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明在乙酰 化反应中控制均相条件和乙酸酐用量,能解决D.D.在 60%~80%问的壳聚糖难制备的问题。 关键词:脱乙酸度;分子■;结晶度;水溶性;成聩性 中围分类号:0636.1 文献标识码:A 文章编号:1001—9731(2007)lo-1705一04 1 引 言 壳聚糖是如今应用广泛的天然可降解医用高分 子,为甲壳素N一脱乙酰基的产物,具有良好的可降解 性、戚膜性、吸附性和生物相容性。壳聚糖结构与存在 于细胞外基质中的糖胺聚糖类似。壳聚糖膜中大量自 由氨基的存在使其表面具有很强的吸附作用,有利于 细胞的粘附n3}另外,壳聚糖具有无毒性和免疫原性, 能在溶菌酶作用下生物降解,考查其降解产物对细胞 行为的影响。对研究壳聚糖作为组织工程支架及其生 物相容性意义重大。本文旨在探索不同脱乙酰度壳聚 糖的剑备工艺及其结掏与性能的变化。为最终研究不 同脱乙酰度壳聚糖及其降解产物对内皮细胞形成血管 的影响做准备. 壳聚糖的脱乙酰度(degreeofdeacetylation,缩写 为D.D.)可定义为壳聚糖分子中脱除乙酰基的糖残基 数占壳聚糖分子中的糖残基数的百分数,根据脱乙酰 度不同可将壳聚糖分为高(85%~95%)、中(70%~ 85%)、低(55%~70%)3类。据文献报导和本课题组 前期实验表明,细胞在不同脱乙酰度的壳聚糖膜上的 生长活性及细胞行为差异显著嘲,D.D.的变化对壳聚 糖相对分子质量、晶体结构[3]、水溶性[“、成膜性能[5】 及降解速率均有影响,因而研究不同脱乙酰度壳聚糖 结构与性能的变化,对之后研究不同脱乙酰度壳聚糖 降解产物对细胞的影响。建立细胞行为与壳聚糖结构 性能的关系有重要作用。不同脱乙酰度壳聚糖可以通 过高脱乙酰度壳聚糖进行一系列乙酰化反应制得“]. 但由于反应条件较难控制。国内外研究制备的壳聚糖 D.D.多集中在60%~80%以外,因此通过研究相体系 的控制、乙酸酐用量等因素,探寻由高脱乙酰度壳聚糖 原料制备中、低脱乙酰度壳聚糖的方法是本文研究的 重点。 、 2实验 2.1仪嚣与试剂 2.1.1试剂 壳聚糖(青岛海汇,脱乙酰度75%l上海卡博,脱 乙酰度90%),乙酸、乙酸酐、吡啶、无水乙醇、乙酸钠. 氢氧化钠、盐酸、甲基橙、苯胺蓝,试剂均为分析纯。 2.1.2主要仪器 磁力加热搅拌机(杭州仪表电机厂),碱式滴定管 (成都),乌氏粘度计(上海申谊玻璃制品有限公司),傅 立叶型红外光谱仪(美国Nicolet560型),X射线衍射 仪(荷兰飞利浦公司)。 2.2实验方法 2.2.1不同脱乙酰度壳聚糖的制各 取109壳聚糖原料溶于250ml水(含有7ml乙酸) 中。待壳聚糖完全溶解。另外量取250m1无水乙醇,将 一定量吡啶逐滴加入并搅拌至溶液澄清,再滴加适量 乙酸酐混匀。在不断搅拌条件下,将上述混合溶液缓 慢加入舍壳聚糖水溶液中,将容器密封,搅拌反应lh. 待反应完毕后,向溶液中加入2000iⅡl元水乙醇,这时 有白色絮状沉淀析出。将溶液离心后弃去上清液。用 少量水溶解沉淀并将其离心,若铜备水溶性壳聚糖,则 弃去不溶物,向溶液中加入1000ml元水乙醇,有白色 絮状沉淀析出,将溶液离心后弃去上清液,用乙醇洗涤 沉淀3次,在烘箱中80℃下烘干;着制备非水溶性壳 聚糖,则将上清液弃去。处理同前。 2.2.2脱乙酰度的测定 取o.2~o.39样品,溶解于30ml 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 o.01mol/L 盐酸溶液中,加入2~3滴甲基橙一苯胺蓝混合指示剂 ·基盒珥目:国家自然科学基金资助项目(30370411,50472091) 收捌初稿日期:2007-03·22 收捌謦政藕日期:2007-05-lo通讯作者:万昌秀 作者简介;宋巍(1983一),男,四Jl}都江堰人,在读硬士,师承万昌秀教授,从事生物医甩材辑柏研究. 万方数据万方数据 !!堕 丝 丝 丝 壁 !!!!生苎!!塑塑!查 (ytV21t 2)t用标准o.01m01/L氢氧化钠溶液滴基呈碱性,可与酸定量地发生质子化反应,用碱可反滴 定。另取1份样品,置于105℃烘干至恒重,测定水定溶液中游离的H+,从用于溶解壳聚糖的酸量与滴 分。每个样晶各测3次。 定用去的碱量之差,即可推算出壳聚糖自由氨基结合 计算:氨基含量 酸的量,从而计算出壳聚糖中自由氨基的台量。电位(一NH。)%=垡■乌;善婆笙2掣×loo%法与酸碱法原理相同,只是终点是由电位满定曲线来 oL上uu—w, 一判断,但电位滴定法存在一定缺点。实验发现,在滴定 脱乙酰度一 (D.D.)=!嘉舁×100% (式中cl为盐酸标准溶液的浓度,mol/L{G为氢 氧化钠标准溶液的浓度,mol/L-vl加入的盐酸标准溶 液的休积,mllK为滴定耗用的氢氧化钠标准溶液的 体积,mIIG为样品重,g}0.016与lml的1moI/L盐酸 溶液相当的氨基量,g)。 2.2.3特性粘度[幻测定 以0.1m01/LCHjC00Na和o.2mol/LCH—C00H 为溶剂,在(25士o.05)℃用乌氏粘度计按五点法进行 测定。 2.2.4傅利叶红外光谱(FTIR)测定 采用美国Nicolet560型傅立叶型红外光谱仪,利 用KBr压片法测定。 2.2.5X射线衍射(XRD)测定 采用荷兰飞利浦公司X’PertPro型x射线衍射 仪。 2.2.6壳聚糖膜的制备 取1.29壳聚糖溶解于2.5%乙酸中,抽滤去除杂 质,均匀涂于培养皿上成膜,置于60℃烘箱烘干,接着 授泡在2%NaOH碱液中-30min后用蒸馏水冲洗3遍 以上,干燥后小心剥离。 3结果与讨论 3.1酸碱滴定法测定脱乙鼓度 壳聚糖D.D.的测定方法很多,如酸碱滴定法,电 位滴定法等。酸碱滴定法原理;由于壳聚糖的自由氨 分子量较大(>40万)的壳聚糖时,由于溶液粘度较 大,析出的壳聚糖覆盖在电极膜上,显著影响pH值的 测定,使最终结果偏差较大。而酸碱滴定法在滴定过 程中使用甲基橙一苯胺蓝混合指示荆,颜色变化从紫 红至蓝绿-显色灵敏,操作简便,重复性好。 3.2制备不同脱乙酰度壳聚糖的反应条件 研究表明。乙酰化反应需在均相条件下进行,在异 相条件下制备的产物,不论其D.D.如何,都不能溶 于水。壳聚糖溶解粘度随稀乙酸浓度升高而升高,并 且在稀乙酸中溶解情况很不稳定,加人足量乙醇有助 于体系的稳定。但同时随着乙醇加入溶液粘度也会增 高,当乙醇与乙酸体积比为l,l时粘度达最高值”]。 因此,确定反应体系中乙醇与稀乙酸用量为等体积。 此外。少量吡啶的加入能控制沉淀产生,并且能防止乙 酰化反应速度过快[I】,但过量吡啶的加人也会产生沉 淀。一般而言,壳聚糖与吡啶的质量体积比应控制不 大于1:8。另外,关于反应体系溶剂的加人顺序有很 多研究04],发现先加乙酸酐再加吡啶或乙酸酐与毗啶 同时加入均会产生沉淀,而先将吡啶、乙酸酐先溶于乙 醇,再将混合溶液与壳聚糖反应则不会产生沉淀。还 有,乙酰化反应为一快速反应。时间对反应的影响不 大,有研究表明乙酰化反应在1h左右基本结束“o】。 决定乙酰化程度的关键因索是反应中乙酸酐的用 量。由表1可以看出,随着乙酸酐用量增加.反应后壳 聚糖D.D.降低,这点符合壳聚稽在乙酰化反应后糖基 上乙酰基增多的理论。 表1 不同脱乙硪度壳聚糖的制备 TabIelTheprepa琢tionofchitosanwithdifferentD.D. 原料 丘应甘 扳料比 反应后 脏乙酰度 分子量 脱乙酰度 分子量 (D.D./“) (M./万) 乙酸酐① 吡啶。 (D-D./%)(^L/万) 青岛洚汇 75 42 1lo.034 l,0.4 70 108 青岛海汇 7S 42 1IO.43 1l4 6l 180 青岛海汇 75 42 111.96 1 l8 54 395 上海卡博 90 9 llO.034 1·O.4 80 13 上海卡博 90 9 ltO.85 ll4 63 159 ∞摩尔比兰糖残基音量/乙醴酐量‘o质量体积比=壳聚糖质量/吡啶体积. 同样也可以从图1的红外谱图得到证实,1650~酰基基团数目增加引起的.因此,由同种壳聚糖原辩. 1640cm-1和1560cm-1左右分别是壳聚糖酰胺I、Ⅱ谱通过控制乙酸酐用量可制得不同脱乙酰度壳聚糖。 带,其吸收蜂强度与D.D.有直接联系,随着D.D.降3.3壳聚糖水溶性机理的研究 低,特征峰吸收强度均增强。由图2还可以看出,随着 由壳聚糖化学结构分析,D.D.较高的壳聚塘分子 脱乙酰度降低,壳聚糖分子量增加,这也是由分子内乙 内氨基和羟基含量较多,易形成较强的氧键,不溶于 万方数据万方数据 朱囊等·不同脱乙酰度壳囊糖的制备及结构性能的研究 水,另外,由于氢键的存在,壳聚糖分子具有一定规整 性,易形成结晶区,也使基难溶于水。通过乙酰化反 应,使酰胺基团增加,打破分子内和分子间的氢键,能 改善其水溶性。表2可知,只有D.D.在50%左右的壳 聚糖具有水溶性,高于60%的壳聚糖均难溶于水。 V岫n憎numb●№rnd ,图1不同脱乙酰度壳聚糖的红外谱图 Fig1Fr.IRspectraofchitos8nwithdifferentnD. Fig2TheeffectofD.D.changeonM。 表2不同脱乙酰度壳聚糖的水溶性 Table2Waters01ubilityofchitosanwithdifferentD. 厂謇 D.D.(%)水溶性 时问和紊件 上海卡博 90 车溶 >lOh,加热,挽# 自制 80 苹溶 >lOh,加热,搅粹 白制 63 微溶 >lOh.加燕,搅拌 青岛海汇 75 币溶 >10h,加热,搅# 自制 70 不溶 >lOh,加热,搅拌 自制 61 擞溶 >10h,加热,搅拌 由稍 54 完全溶解 <4h.常温.搅拌 通过图3对壳聚糖进行X射线衍射分析,可知D. D.为75%的壳聚糖衍射蜂尖锐,显示具有很高结晶 度,这点也可由图2的红外谱图得到证实:在2922~ 2880m“区问的C—H伸缩振动峰尖锐。显示有高结 晶度””I而D.D.为54%的壳聚糖衍射峰弥散,lo。左 右的衍射峰几乎消失,结晶度降低。因为进入分子链 的酰基破坏了原有分子链的二次结构。使壳聚塘趋于 无定形结构,具有亲水性。 3.4壳聚糖成胰性能的研究 为之后研究壳聚糖膜降解行为,应选用分子量较 小的上海卡博壳聚糖原料制膜。溶解壳聚糖的乙酸浓 度不宜过高,否则流动性能不好,成膜不均匀。此外. 干燥温度也需适宜.高温成膜几乎不结晶,力学性能 很差,后处理容易破裂I低温成膜结晶度高而晶粒过 小,力学性能也不好。还有,nD.对壳聚糖成膜性能 影响较大,由表3可看出,随脱乙酰度增加,壳聚糖膜 脆性增加,易破裂。因为壳聚糖结晶度与其D.D.有很 大关系。 圈3 壳聚糖(青岛海汇)X射线衍射圈 Fig3XRDspectraofchitosanwithdifferentD.D. 衰3不同脱乙酰度壳聚糖成膜性 Table3Membraneabilityofchitosanwithdifferent D.D. 脱乙酰度(%) 经碱液处理后的虞 90 很肫.易磕拳 80 较肫,局部垃裂 63 枉软,耒破_摹L 由图4可知,D.D.为90%的壳聚糖衍射峰尖锐, 说明结晶度提高}而D.D.为63%的壳聚糖则表现为 漫散衍射峰,趋于无定形结构。因此,随着D.D.提高, 壳聚糖结晶度提高,成膜脆性增加,经碱液浸泡时易于 破裂。 Fig4XRDspectraofchitosanwithdifferentD.CL 4结论 (1)通过控制均相条件和乙酸酐用量,可由同种 壳聚糖原料从高至低制备不同脱乙酰度的壳聚糖产 物。 (2)壳聚糖D.D.降低直接导致其分子量增加, 结晶度降低.分子结构趋于无定形.成膜性能提高,当 D.D.降至50%左右,壳聚糖具有一定水溶性。 致谢:奉文x射残衍射分析是借助四川太学分析洲试中心 的但嚣完成.傅利叶缸外光谱分析王借助四川太学高分子材料 与工程田家重点实验室的证嚣完成,特此感谢! 万方数据万方数据 1708‘口蔫t材许 2007年第10期(38)卷 参考文赫 罱粼嚣慧盎:=:舯。删M— n]蒋挺大.甲亮辜[M].北京·中国环境科学出版杜,1996.sci朗∞,20“,91;3497—3503。 255—461. [8]Necker5Dc.DoyleMp.Of酗nicchenIistry[M].wiley- [2]李训虎·妻海鹏.[J].透析与人工器官.2003.14(2)119.NewYork,1977. 22. [9]张宗恩.王明华.王子飞,等.[J].上海水产大学学报. [3]莫秀梅,王鹏.孙桐.亡J].功能高分子学报,1993,6 2000.9(4),373-375. (2)1117. [10]T蚰ihML,chenRH.[J].JoumaI《AppliedPolymer [4]&nn觚K,KⅢitaK,1w8ku姐Y.口].Mak∞nWIch锄。 science,2003t88-2917-2923. 1976,”7—3589—3600. [11]H崛he8J.[J].Biot∞h∞lTech,1990,4(1)155. [5]蒋挺大.壳聚糖[M].北京t化学工业出版杜t2001.172. TheresearchonthepreparatiOnandchar.acterOfchitosanwith di船er蜘tde汀eeofd明cetylatoi蛐 。’ SONGWei,CHENYuan_wei,SHIGuo-qi,ZHANGXiao-hua,YUXi-xun,WANChang-xiu (c011egeofPolymerSdence8ndEngineering,sichuanUlliversity,Chengdu610065,China) Abst憎ct:Theres∞rchonchitosanasthe眦turaldegradablemedical眦terialispopular.However,theres朗rch onthebiocompatibilityofchit03anWithdiffe凇1tDegfeeofDeacetylation(D.D.)was1{ttkreportedbecauseof thedifficultpreparationofchit08anwmlD.D.from60%to80%。Thepreparationtechnjqueofchitosanwith differentD.D.andtheeff∞tofdifferentD.D.onstructureandabiUtyofchit∞anwe托studiedint11.5articIe. Thisarticlei5tosupportfurtherresearchontheeffectofdegradationproductsfromchitosanwithdifferentD. D.onthebehaviorofendodemi8cell.ThechitosanwithmiddIeandIowD.D.waspreparedbyN-acetyhtedre- ∽tionofchitosan诵thhighD.n.theD.D.ofchit08anwasm%suredby牡id.basetitrationmethod,thenmlecu- Iarweightwasmeasuredbyvi5cositymethod,andthecrystalli髓tionwasatlalyzedbyFTIRandXRD.There8ult showthattheD.D.ofpreparedchito髓nwas54%t61%,63%,70%.80%andthedec地aseinD.D.resultedin theincr朗seinmolecular、张ight。thedecreaseincrystallinity,thehprov嘶entinwater-solubility8ndmembnne ability.TheproblemontheprepamtionofcKtosanwithD.D.from60%to80%canbe801vedbycontr01Iingthe holnogeneou8conditjonandthedosageofacetjc8nhydrideinN—acetylatedreactio扎 Keywordslde种eofd馓etylaH姐}moIo∞l盯weI曲t}degreeofcrystau|z8tI蛆;wa“lr∞IubnIty}membI铷他aMUty (上接第1704页) [19]翟庆湖·王巍,江天塞,等.口].元规材辩学报 2004,1911212—1216. [20]睬杨荚.韩秀文.包信和.口].催化学报,2005。 26t412.416. Thesynth鹤is+andpropertiesofCe-Ni—SBA_15m鹤oporousmolecularsiev嚣 x1A0Yi-hoⅡ91,SHENXiao-Ⅱv2,zHENGYin矿,WEIKe.meil (1.Na们脚嘶neelingRe鼢rchC即terof(强eIIlicalFe—lizerc日taI"t,Fd啪Univ世萄奶砘hou350002,跚聃, 2.Colle耵ofCh咖istry8ndMaterial8Science,FqianNormalUlliversity,Fuzhou350007,China) Abstra“ICe-Ni—SI璩一15mesoporousmolecularsieveswassuccessfullysynthe8i托dbyamicrowavemethod,8nd characterizedby)【.抛ydiffractometer(XRD),lnfraredspectr0Bcopy(卧IR),DRuItravioletandvisible印ec- trophotometry(DRS),仃ansmissionelectronndcros∞peandlDwtemperatureN0adsorption-de∞rptionmetho正 TheM8uhshowedthattheCeandNiweresuccessfuliyincorporatedintotheframework“SBA一15m01ecuIar 5ieves.ThentheCe_N卜SBA_15肌sloadedwithPtandappliedinthecoo】【idationr吼ction,andpre8enceshIgh catal”icactivi2y.Theresultshowsthatthelowestcompletecollver8iontemperatureoftlIea)onPt/CoNi_ SBA一15龃talysti8227℃,whichi539℃lowerthanthatofthePt/SBA—15.HenceonecanconcludethatCe-Ni- SBA·15i8asuperior跏pportforc8talyst. 1【eywordsI埘la钾a代ICe-N卜SBA·15Im嘲p帅叫mol∞ⅡlnrsIe憎,C0oxI出ⅢOn 万方数据万方数据 不同脱乙酰度壳聚糖的制备及结构性能的研究 作者: 宋巍, 陈元维, 史国齐, 张小华, 余喜讯, 万昌秀, SONG Wei, CHEN Yuan-wei, SHI Guo-qi, ZHANG Xiao-hua, YU Xi-xun, WAN Chang-xiu 作者单位: 四川大学,高分子科学与工程学院,四川,成都,610065 刊名: 功能材料 英文刊名: JOURNAL OF FUNCTIONAL MATERIALS 年,卷(期): 2007,38(10) 被引用次数: 7次 参考文献(11条) 1.蒋挺大 甲壳素 1996 2.李训虎;龚海鹏 不同脱乙酰度和分子量壳聚糖的生物相容性之比较[期刊论文]-透析与人工器官 2003(02) 3.莫秀梅;王鹏;孙桐 查看详情[期刊论文]-功能高分子学报 1993(02) 4.Sannan K;Kurita K;Iwakura Y 查看详情 1976 5.蒋挺大 壳聚糖 2001 6.陈鲁生 完全水溶性壳聚糖制备条件的研究[期刊论文]-化学通报(印刷版) 1998(08) 7.Lu Shaojie;Song Xuefeng 查看详情[外文期刊] 2004 8.Neckers D C;Doyle M P Organic Chemistry 1977 9.张宗恩;王明华;王子飞 完全水溶性壳聚糖的制备工艺[期刊论文]-上海水产大学学报 2000(04) 10.Tsaih M L;Chen R H 查看详情[外文期刊] 2003 11.Hughes J 查看详情 1990(01) 本文读者也读过(7条) 1. 吕全建.王建玲.姬小明.陈红丽 影响壳聚糖脱乙酰度的因素研究[期刊论文]-安徽农业科学2008,36(16) 2. 王丽霞.WANG Li-xia 不同脱乙酰度壳聚糖的制备及其聚集行为研究[期刊论文]-化学工业与工程2010,27(3) 3. 张刘珍.许玉杰.刘敏.翁婉雯.丁文秀.杨占山.ZHANG Liuzhen.XU Yujie.LIU Min.WENG Wanwen.DING Wenxiu. 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