焦思宇，許丁予，姚先超，何麗欣，林日輝

（廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，林產(chǎn)化學(xué)與工程國家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 南寧 530006）

甲殼素是一種維持和保護(hù)甲殼動(dòng)物和微生物軀體的線性氨基多糖，廣泛存在于節(jié)足動(dòng)物類（蜘蛛類、甲殼類）的翅膀或外殼中，也存在于真菌和藻類的細(xì)胞壁中[1]，其化學(xué)名為β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖。在天然高分子中的貯存量居于第二，僅次于纖維素。殼聚糖（chitosan，CS）是殼素脫除55%以上的乙?；蟮玫降漠a(chǎn)物[2]，其化學(xué)名為β-(1,4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，是自然界中的唯一大量存在的陽離子堿性多糖[3]，也是僅次于蛋白質(zhì)的第二大氮源。它有良好的可降解性、抗菌性、成膜性、生物相容性等特性，故被廣泛的研究與應(yīng)用在農(nóng)業(yè)[4]、醫(yī)藥[5]、食品[6]、水處理[7]、抗菌劑[8]等方面。雖然CS有這些優(yōu)良的性能，但是它的分子質(zhì)量大、比表面積較小和水溶性差等特性，一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

納米技術(shù)是研究在微觀納米的角度上制造特殊定位的功能產(chǎn)品，以此來達(dá)到生產(chǎn)方式的進(jìn)一步飛躍。納米材料與其他功能性材料不同，具有特殊的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)與宏觀量子隧道效應(yīng)，表現(xiàn)出許多卓越的特性和新穎的功能，應(yīng)用前景十分廣闊。基于CS本身的巨大應(yīng)用前景與其豐富的來源以及它獨(dú)特良好的化學(xué)特性，結(jié)合納米材料的卓越特性和諸多功能，將CS進(jìn)行納米化可以使其在原先的應(yīng)用領(lǐng)域上再進(jìn)行突破，小尺寸的粒徑為納米顆粒與基質(zhì)的接觸提供了更大的比表面積，從而提高了納米CS的生物活性[9]。而且納米CS在抗氧化性、抗菌性、滲透性和吸收性等方面也得到了顯著提高[10]。目前納米CS的制備一般采用離子交聯(lián)法[11]、乳化交聯(lián)法[12]和噴霧干燥法[13]等。在通過離子交聯(lián)法制備納米CS的過程中加入Ca2+后會(huì)得到一種形貌類似于花朵狀的CS基材料，簡稱為殼聚糖微花（chitosan microflower，CSMF），而CSMF在吸附染料和酶催化方面表現(xiàn)出高效率[14]。由于CSMF特殊的形貌及其具有較大的比表面積，引起了眾多學(xué)者的廣泛研究。如Liu Shangpeng等[15]用聚多巴胺包裹CS/焦磷酸鈣雜化微花作為止血?jiǎng)?，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)聚多巴胺包裹的微花可誘導(dǎo)血細(xì)胞和血小板聚集，促進(jìn)血液凝固，實(shí)現(xiàn)體外和體內(nèi)出血控制。Maurya等[16]用CS/焦磷酸鈣雜化微花固定了α-淀粉酶，固定化的α-淀粉酶比游離態(tài)的α-淀粉酶對玉米、小麥和馬鈴薯淀粉水解能力更強(qiáng)。

目前CSMF的制備方法單一，基本制備方式為以CS-三聚磷酸鈉（sodium tripolyphosphate，TPP）絡(luò)合物為模板，誘導(dǎo)焦磷酸鈣在其上面仿生礦化，進(jìn)而焦磷酸鈣晶體進(jìn)行生長，最終得到了CS/焦磷酸鈣雜化微花。探究一種新型的CSMF的制備方法就顯得尤為重要。因此本研究對離子交聯(lián)法進(jìn)行改進(jìn)，將CS原料進(jìn)行超聲/過氧化氫預(yù)處理，并將TPP由下而上地注入到CS溶液中，通過冷凍干燥的方式得到了CSMF，并結(jié)合掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）、X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀、傅里葉紅外變換光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）、X射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、熱重分析（thermogravimetric analysis，TGA）技術(shù)，對其形貌、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等進(jìn)行分析。通過改變制備條件，探究影響其形貌的因素，以期為CS特殊形貌的構(gòu)筑提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

CS（脫乙酰度≥95%）、TPP（分析純）上海麥克林生化有限公司；冰醋酸（分析純）上海阿拉丁生化技術(shù)有限公司；過氧化氫（分析純）天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JY92-IIN超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；FD-A10N-50冷凍干燥機(jī) 上海皓莊儀器有限公司；TG1650-WS 型臺(tái)式高速離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；SUPRA 55 Sapphire型場發(fā)射SEM 德國卡爾蔡司公司；MiniFlex600 XRD儀日本理學(xué)公司；TGA55 TGA儀 美國TA儀器公司；K-Alpha XPS儀、MAGNA-1R 550 FTIR儀 美國賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 CSMF的制備

通過離子交聯(lián)法制備CS-TPP微花。首先，在磁力攪拌下將1.0 g CS溶解在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的乙酸溶液中。并向CS溶液中加入10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的H2O2溶液進(jìn)行輔助溶解，在45 ℃條件下磁力攪拌20 min。其次，將完全溶解的CS溶液超聲粉碎（功率為100%）30 min。然后，在超聲粉碎的條件下將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的TPP溶液由下而上地加入到CS溶液中（此時(shí)CS溶液溫度為40 ℃）。通過離心（6000 r/min）法收集微花，并用乙醇洗滌3 次，用蒸餾水洗滌一次。最后，冷凍干燥后得到CSMF粉末。

1.3.2 SEM觀察

取一定量干燥的CS和CSMF通過導(dǎo)電膠均勻地分散到樣品臺(tái)上，輕輕吹去多余的浮樣，置于真空鍍膜儀下噴鍍鈀金，制成觀察樣品，在SEM下拍攝具有代表性的不同放大倍數(shù)下的淀粉顆粒性形貌，加速電壓為10 kV。

1.3.3 FTIR分析

采用KBr壓片法[17]，取1～2 mg樣品與干燥KBr粉末按照質(zhì)量比1∶50混合并壓制成薄膜層，然后通過FTIR儀進(jìn)行測量。樣本掃描波數(shù)范圍為4000～400 cm-1，平均掃描32 次，分辨率為4 cm-1。

1.3.4 XRD分析

使用MiniFlex600型XRD儀對樣品進(jìn)行分析，Cu（Kα）射線，Ni片濾波，電壓40 kV，電流15 mA，掃描范圍2θ為4°～60°，掃描速率為2°/min，掃描步長為0.02°。

1.3.5 熱穩(wěn)定性分析

使用T G A 儀研究粉末樣品的熱穩(wěn)定性，即在氮?dú)鈿夥障拢瑢⒋蠹s10 mg樣品以20 ℃/min的升溫速率從35 ℃加熱到800 ℃，得到CS和CSMF的熱重（thermogravimetry，TG）、熱重微分（differential thermal gravity，DTG）曲線。

1.3.6 XPS分析

XPS數(shù)據(jù)是使用工作在6 mA和12 kV的消色差A(yù)lKα X射線源獲得。使用平均10 次掃描收集全元素光譜，通過能量為100 eV，掃描范圍1400～0 eV。使用平均5 次掃描收集單元素光譜，通過能量為50 eV，步長為0.05 eV。

1.3.7 影響CSMF形貌的因素考察

為探究影響CSMF形貌的因素，做了一系列單因素試驗(yàn)，見表1。

表1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Design of single factor experiments

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3 次重復(fù)，采用Excel 2010進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用Origin（Pro 9.0）軟件對實(shí)驗(yàn)參數(shù)和結(jié)果進(jìn)行擬合分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 SEM觀察結(jié)果

由圖1A可知，CS本身為二維片層結(jié)構(gòu)，CS緊密排列在一起，表面相對光滑，沒有孔洞，且整體黏連在一起，粒徑較大。而經(jīng)過H2O2和超聲協(xié)同處理后得到的CSMF（圖1B）呈現(xiàn)三維花瓣形狀，花瓣直徑約為1.5～2.0 μm，是由厚度約為30～70 nm的納米片組成，并且CSMF相互之間沒有黏連，整體分散均勻；花瓣之間有一定的空隙，使一些活性位點(diǎn)裸露出來，并通過氮?dú)馕矫摳絻x測試得知CSMF的比表面積為48.9 m2/g，因此更容易對其進(jìn)行改性或者是充當(dāng)吸附劑。

圖1 CS（A）與CSMF（B）的SEM圖Fig.1 Scanning electron microscope (SEM) images of CS (A) and CSMF (B)

2.2 FTIR分析結(jié)果

由圖2可知，CS在3374 cm-1處的峰歸因于CS結(jié)構(gòu)單元上—NH2與—OH伸縮振動(dòng)共同作用的結(jié)果[18]；2877 cm-1處的峰為CS未去除的乙?；系摹狢H3的伸縮振動(dòng)峰；1662、1592 cm-1和1311 cm-1處的峰分別歸因于酰胺I振動(dòng)（C＝O伸縮振動(dòng)）、酰胺II振動(dòng)（—NH2彎曲振動(dòng)）和酰胺III振動(dòng)（C—N伸縮振動(dòng)）[19]；1427cm-1處的峰為CS C6位上—CH2中的C—H彎曲振動(dòng)峰；1380 cm-1處的峰為乙?；稀狢H3中的C—H彎曲振動(dòng)峰；1080 cm-1處的峰為C—O伸縮振動(dòng)峰，這與紀(jì)建華[20]的報(bào)道相似。對比分析CSMF的FTIR圖譜可知：CS結(jié)構(gòu)單元上—NH2與—OH伸縮振動(dòng)共同作用的峰從3374 cm-1處位移到3243 cm-1，造成此峰偏移的原因是，首先CS在形成CSMF的過程中，糖苷鍵斷裂，使—OH含量有所增加，其次在CS溶解的過程中—NH2帶上了正電荷形成了—，因此N—H鍵的含量也有所增加，最后，CS溶解過程中又進(jìn)一步去除了乙酰基，同時(shí)也是—NH2含量增加，所以多種原因共同作用使此處的峰發(fā)生了顯著的偏移；同時(shí)CSMF在2881 cm-1處—CH3伸縮振動(dòng)峰減弱，但還存在1643 cm-1處酰胺I振動(dòng)（C＝O伸縮振動(dòng)）、1538 cm-1處酰胺II振動(dòng)（—NH2彎曲振動(dòng)）和1380 cm-1處乙?；稀狢H3中的C—H彎曲振動(dòng)峰，也證明了在形成CSMF的過程中CS上乙?；置摮艘徊糠?，其次CSMF在1087、894 cm-1和532 cm-1處的峰分別為C—O伸縮振動(dòng)峰、糖苷鍵上的C—O伸縮振動(dòng)峰和磷酸基團(tuán)的特征峰[14]，而532 cm-1處的峰也證明了CS-TPP雜交微花的形成。

圖2 CS與CSMF的FTIR圖譜Fig.2 FTIR spectra of CS and CSMF

2.3 XRD分析結(jié)果

如圖3所示，CS在20.1°處有一個(gè)尖銳的特征衍射峰，這是典型的CS指紋圖譜，具有明顯的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)[21]。CSMF的特征峰為2θ11.9°、19.08°和23.94°，這些特征峰表明了CSMF是一種多晶型結(jié)構(gòu)，在文獻(xiàn)中被稱為“肌腱”水合多晶型[22]。其產(chǎn)生原因?yàn)門PP改變了CS的晶體結(jié)構(gòu)，影響了CS分子間和分子內(nèi)氫鍵的排列，進(jìn)而出現(xiàn)了這些新的衍射峰[22]。CSMF改變了CS的結(jié)晶狀態(tài)，使其從無定形結(jié)晶向有序晶型排列。

圖3 CS和CSMF的XRD圖Fig.3 X-ray diffraction patterns of CS and CSMF

2.4 TGA結(jié)果

如圖4曲線a、b所示，CS有兩個(gè)質(zhì)量損失階段，CS第1階段質(zhì)量損失發(fā)生在溫度為60～150 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量損失約12.7%，其原因是CS表面的自由水和結(jié)合水的溢出，這一階段的最大質(zhì)量損失速率溫度約為92 ℃；第2階段發(fā)生在220～430 ℃，質(zhì)量損失約為46.6%，這與CS糖苷鍵的斷裂有關(guān)，這一階段的最大質(zhì)量損失速率溫度約為308 ℃，這與侯文龍等[23]的研究結(jié)果一致。對比分析圖4曲線c、d可知，CSMF有兩個(gè)質(zhì)量損失階段，CSMF第1階段質(zhì)量損失發(fā)生在溫度為低于150 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量損失約12%。其原因是CSMF表面的自由水和結(jié)合水的溢出，這一階段的最大質(zhì)量損失速率溫度約為97 ℃。第2階段發(fā)生在175～320 ℃，質(zhì)量損失約為30%，這與CS糖苷鍵的斷裂有關(guān)，這一階段的最大質(zhì)量損失速率溫度約為249 ℃[24-26]。通過對比可知CSMF的熱穩(wěn)定性要略差于CS，其原因可能是由于TPP的引入，改變了CS的氫鍵排列，使之形成微花結(jié)構(gòu)，而CS由于分子間和分子內(nèi)氫鍵，使之排列十分緊密（圖1A），因此這種片層結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性就要優(yōu)于微花結(jié)構(gòu)。

圖4 CS和CSMF的TGA-DTG圖Fig.4 TGA-DTG profiles of CS and CSMF

2.5 XPS分析結(jié)果

XPS主要是對樣品表面元素組成及狀態(tài)的分析手段，因此為了解CS和CSMF的表面元素組成，對CS和CSMF進(jìn)行XPS分析，結(jié)果如圖5所示。對比圖5A和E可知，經(jīng)TPP交聯(lián)后的CS表面C原子含量從之前的65.57%降低到了50.81%；而N原子和O原子含量分別從之前的5.93%和28.5%增加到了6.41%和38.84%，并且交聯(lián)后CSMF表面含有3.95%的P原子，這是因?yàn)門PP本身含有大量的O原子和P原子，因此當(dāng)形成CSMF時(shí)會(huì)使CS表面的O原子含量增加而C原子含量減少，并且會(huì)使CSMF表面含有少量的P原子，而CSMF表面N原子的增加可能與CSMF的形貌有關(guān)，CSMF的微花結(jié)構(gòu)使更多的N原子裸露出來，進(jìn)而使CSMF的表面N原子含量增加，而CSMF表面N原子的增加使其更容易進(jìn)行表面改性。

圖5 CS和CSMF的XPS光譜對比Fig.5 Comparison of XPS spectra between CS and CSMF

對比圖5B和F，CS的C1s的XPS光譜在結(jié)合能為284.78、286.29、287.78 eV處分為3 個(gè)峰，每個(gè)峰分別歸因于C—C/C—H、C—OH和O—C—O鍵；CSMF的C1s光譜在結(jié)合能為284.84、286.42、287.86處分為3 個(gè)峰，每個(gè)峰分別歸因于C—C/C—H、C—OH和O—C—O鍵[27]。對比發(fā)現(xiàn)交聯(lián)后CSMF的C—OH含量顯著提高，而C—C/C—H的含量有所下降，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是CS在溶解過程中糖苷鍵斷裂，從而在糖苷鍵斷裂處又形成了新的—OH，進(jìn)而使C—OH含量增加，其次因?yàn)镃SMF是一個(gè)三微的微花結(jié)構(gòu)，因此C—C可能在這個(gè)微花結(jié)構(gòu)內(nèi)部含量較多，進(jìn)而表面含量減少。

對比圖5C和G N1s XPS光可知，CS的N1s XPS僅在398.46 eV處有唯一的一個(gè)C—N鍵峰，而CSMF的N1s XPS有兩個(gè)峰，在398.45 eV處為C—N鍵峰，在400.56 eV處為C—N+鍵峰[28]。對比可知CSMF表面比CS多了一個(gè)新鍵C—N+，這個(gè)新鍵產(chǎn)生的原因是CS溶解過程就是—NH2得質(zhì)子的過程，進(jìn)而生成—，從而產(chǎn)生了C—N+鍵。

最后對比圖5D和H O1s可知，CS的O1s XPS僅有一個(gè)O—H鍵的峰，在532.63 eV處，而CSMF的O1s XPS有兩個(gè)峰，在531.86 eV處為O—H鍵的峰，在533.56 eV處為O＝C鍵的峰[29]。CSMF的C＝O鍵來源于CS未去除的那部分乙?；栽贑SMF的O1s XPS顯示出來可能也是因?yàn)镃SMF的微花結(jié)構(gòu)。

綜上所述，CS經(jīng)TPP交聯(lián)后形成的CSMF表面多了一種新原子P，且表面也產(chǎn)生了一種C—N+新鍵；而CSMF表面C—OH和C＝O鍵含量增加，C—C鍵含量減少，可能是因?yàn)槠淙S的微花結(jié)構(gòu)。

2.6 影響CSMF形貌的因素

為探究影響CSMF形貌的因素，單因素試驗(yàn)（1.3.7節(jié)）對應(yīng)的SEM圖如圖6所示。

圖6 單因素試驗(yàn)1～15所對應(yīng)的SEM圖Fig.6 SEM images of samples obtained in single factor experiments 1–15

對比單因素試驗(yàn)1～3可知，當(dāng)CS僅只經(jīng)過超聲處理時(shí)，CS-TPP的絡(luò)合物呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，并且CS-TPP絡(luò)合物分散效果不好，不成顆粒，全部都黏連在一起；而當(dāng)CS僅經(jīng)過H2O2處理時(shí)，CS-TPP的絡(luò)合物也呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，但是其孔洞較僅超聲處理的要小一點(diǎn)，雖然也黏連在一起，但分散效果要優(yōu)于僅超聲處理的；而將CS經(jīng)過超聲和H2O2協(xié)同處理后的CS-TPP絡(luò)合物呈現(xiàn)微花結(jié)構(gòu)，且分散均勻直徑在1.5～2.0 μm左右。推測產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)CS僅通過超聲或H2O2處理時(shí)，CS的分子質(zhì)量下降程度有限，整體黏度較大，使之與TPP交聯(lián)后，團(tuán)聚在一起，難以形成單獨(dú)的、分散性較好的顆粒，而當(dāng)CS經(jīng)過超聲和H2O2協(xié)同處理后，其分子質(zhì)量降低明顯，此時(shí)的黏度較小和流動(dòng)性較好，使之與TPP絡(luò)合后能形成均勻的顆粒。為驗(yàn)證其黏度的大小，用烏氏黏度計(jì)測量3 種不同處理?xiàng)l件下CS溶液的相對黏度，結(jié)果依次為29.54、18.03和1.65，因此黏度越小越有利于顆粒的生成。

對比分析單因素試驗(yàn)3～5可知，H2O2添加量并不會(huì)影響CSMF的形成，但仔細(xì)對比發(fā)現(xiàn)7%的H2O2處理過的CSMF整體上大小均勻，而經(jīng)9.3%的H2O2處理過的CSMF大多數(shù)花朵的花瓣密集，且微花直徑也有所增大。

對比分析單因素試驗(yàn)3、6、7可知，超聲時(shí)間對CSMF的形貌有顯著影響。當(dāng)超聲10 min時(shí)，CS-TPP絡(luò)合物形成了顆粒，分散性較好，也比較均勻，并且部分顆粒具有三維結(jié)構(gòu)，但是不成花，卻有成花的趨勢；而當(dāng)超聲60 min時(shí)，由單因素試驗(yàn)7可知，CS-TPP絡(luò)合物也形成顆粒，分散效果不如前兩者，且顆粒呈現(xiàn)為二維的片狀結(jié)構(gòu)，而且顆粒排列的十分致密，推測出現(xiàn)這樣現(xiàn)象的原因是超聲和H2O2對CS糖苷鍵斷裂后形成的小分子CS鏈長度是隨機(jī)的，當(dāng)超聲時(shí)間太短時(shí)，CS沒有得到充分地降解，此時(shí)的CS溶液中降解后的CS鏈的長度較大，此時(shí)CS與TPP交聯(lián)后多以花狀結(jié)構(gòu)的底座形態(tài)存在；當(dāng)超聲時(shí)間太長時(shí)，CS得到了充分地降解，此時(shí)CS溶液中的CS鏈長較小，而CS與TPP交聯(lián)后主要形成CS-TPP納米片，此時(shí)納米片少了花狀結(jié)構(gòu)的底座，所以也形不成微花結(jié)構(gòu)。因此，形成微花結(jié)構(gòu)必須滿足既要有CS長鏈與TPP交聯(lián)形成底座，又要有CS短鏈與TPP交聯(lián)形成納米片及花瓣。

在對比分析單因素試驗(yàn)3、8、9可知，超聲的功率對CSMF的形成沒有太大的影響，仔細(xì)對比發(fā)現(xiàn)超聲功率越大CSMF分散的效果越好，大小越均勻。

在對比單因素試驗(yàn)10～12可知，溫度對CSMF的形成有著顯著的影響，當(dāng)CS溶液溫度為0 ℃時(shí)，CS-TPP所形成的絡(luò)合物緊密地排列在一起，也是三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是其孔隙率較低，并且表面相對光滑；而當(dāng)溫度升到25 ℃時(shí)，CS-TPP所形成的絡(luò)合物也呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也緊密的排列在一起，但與0 ℃的形貌相比孔隙率要高，表面要粗糙；而在當(dāng)溫度升到50 ℃時(shí)，CS與TPP交聯(lián)后就形成了CSMF，此時(shí)的CSMF粒徑在1.0～1.5 μm左右，比40 ℃條件下的CSMF粒徑要小一點(diǎn)，且分散得也十分均勻，大小也十分均勻。推測產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是當(dāng)溫度較低時(shí)，CS的流動(dòng)性較差且黏度較高，所以此時(shí)CS與TPP交聯(lián)后就難以形成顆粒，直接黏連在一起形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而當(dāng)溫度上升到一定值后，CS溶液的流動(dòng)性和黏度就得到了顯著的改善，繼而與TPP交聯(lián)后能夠形成微花結(jié)構(gòu)。

最后對比分析單因素試驗(yàn)13～15可知，CS與TPP的比例也會(huì)對微花的形成產(chǎn)生巨大的影響。當(dāng)CS與TPP質(zhì)量比為1∶2.5時(shí)，此時(shí)CS與TPP交聯(lián)后有形成顆粒的趨勢，但還黏連在一起形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；當(dāng)CS與TPP質(zhì)量比為1∶10時(shí)，此時(shí)CS與TPP交聯(lián)后雖然也形成微花結(jié)構(gòu)，但是花狀結(jié)構(gòu)不如1∶5時(shí)的完整，且此時(shí)的分散性也不如1∶5時(shí)的好；當(dāng)CS與TPP質(zhì)量比為1∶15時(shí)，此時(shí)CS與TPP交聯(lián)后形成片狀顆粒。推測出現(xiàn)這樣現(xiàn)象的原因是TPP水溶液呈弱堿性，當(dāng)TPP含量減少時(shí)，溶液體系pH值偏小，此時(shí)CS的—基團(tuán)含量較多，與磷酸根離子交聯(lián)的次數(shù)也就較多，所以可能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而當(dāng)TPP含量較多時(shí)，溶液體系pH值偏大，此時(shí)CS的—基團(tuán)含量減少，與磷酸根離子交聯(lián)的次數(shù)也就減少了，所以可能形成片層結(jié)構(gòu)。

綜上所述，影響CSMF的形貌的因素有預(yù)處理方式、超聲時(shí)間、CS溶液溫度和CS與TPP的添加比例。結(jié)合Sasidharan[30]和Wang Xiaoli[14]等的成花機(jī)理，推測CSMF的形成機(jī)理可能為將原CS降解成在一定分子質(zhì)量范圍內(nèi)的短長鏈CS，然后TPP與降解后相對較長的CS鏈交聯(lián)形成微花結(jié)構(gòu)的底座，與降解后相對較短的CS鏈交聯(lián)形成納米片，然而底座和納米片的形成需要一定的溫度和能量維持，最后再通過CS結(jié)構(gòu)上面的—與磷酸根離子之間的相互作用，將納米片自組裝到底座上，進(jìn)而生成微花結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

本研究以離子交聯(lián)法為基礎(chǔ)，通過對CS進(jìn)行超聲和H2O2預(yù)處理后與TPP交聯(lián)形成了一種微花結(jié)構(gòu)，并且CSMF的比表面積為48.9 m2/g，極大地增加了CS的比表面積。對CS與CSMF進(jìn)行FTIR、XRD、TGA和XPS表征，研究影響CSMF形貌的因素。結(jié)果表明：經(jīng)FTIR和XPS對比可知，CSMF比CS多出了磷酸根基團(tuán)和C—N+鍵，表明CS成功與TPP交聯(lián)；并且CSMF的結(jié)晶度較CS有所下降，但晶體組成和有序性得到了增強(qiáng)；而CSMF的熱穩(wěn)定性也較CS有所降低；得知了影響CSMF形貌的因素有預(yù)處理方式、超聲時(shí)間、CS溶液溫度和CS與TPP質(zhì)量比，推測了CSMF的成花機(jī)理，可能為將原CS降解成在一定分子質(zhì)量范圍內(nèi)的短長鏈CS，然后TPP與降解后相對較長的CS鏈交聯(lián)形成微花結(jié)構(gòu)的底座，與降解后相對較短的CS鏈交聯(lián)形成納米片，然而底座和納米片的形成需要一定的溫度和能量維持，最后再通過CS結(jié)構(gòu)上面的—與磷酸根離子之間的相互作用，將納米片自組裝到底座上，進(jìn)而生成了微花結(jié)構(gòu)。因此本實(shí)驗(yàn)不同于Wang Xiaoli等[14]CS微花的構(gòu)筑（通過Ca2+在CS上仿生礦化所得），為CS特殊形貌的構(gòu)筑提供了新思路。