基于二维红外技术研究氧化羧甲基纤维素钠/胶原的相互作用及热稳定性

摘要

采用氧化羧甲基纤维素钠(OCMC)作为交联剂,对胶原溶液进行改性并采用二维红外技术分析OCMC与胶原之间的相互作用及其对胶原热稳定性的影响.一维红外图谱显示OCMC交联改性对胶原的主要特征吸收峰即酰胺Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ带的峰位与强度无明显影响;改性前后胶原的酰胺Ⅲ带与1455 cm-1处吸光度的比值AⅢ/A1455均接近于1.000,以上结果显示交联键的引入不会破坏胶原的三股螺旋结构,但无法获知胶原与OCMC之间的相互作用及胶原结构的变化.以OCMC用量为外扰条件建立二维红外相关图谱,进一步分析两者间相互作用.结合胶原结构与OCMC中基团的响应强度及顺序可知:OCMC首先通过羧基与胶原中精氨酸的胍基或赖氨酸的氨基发生静电作用,随后醛基与胶原氨基之间发生希夫碱反应;两者之间相互作用以希夫碱反应为主.由于静电作用与交联键的引入,改性后胶原的热稳定性得到提升.随着温度的升高,纯胶原与改性胶原的特征吸收峰均发生红移且AⅢ/A1455值不断降低,说明两者在升温过程中其氢键不断减弱,导致三股螺旋发生解旋,但与纯胶原相比,改性胶原特征吸收峰的红移程度与AⅢ/A1455值降低幅度较小,证实了改性后胶原的热稳定性有所提高.胶原与改性胶原在升温过程中结构变化的分析结果表明:改性前后胶原二级结构的崩塌均表现为三股螺旋结构被破坏转变成无规卷曲结构;然而在测试温度范围内,三股螺旋结构对温度的敏感度及响应顺序发生明显变化:(1)对于纯胶原,对温度最为敏感的结构是胶原的螺旋结构,而改性胶原的无规卷曲结构是最为敏感的、最不敏感的结构是胶原螺旋结构,反映出改性后胶原的螺旋结构得到稳定;(2)改性后胶原螺旋结构对温度的响应发生滞后,进一步证实胶原的稳定作用主要归功于三股螺旋结构的加固.