海藻多糖(Seaweedpolysaccharide)是海洋资源重要组成部分,来源广泛、价格低廉,其高值化开发应用是当前的研究热点之一。琼胶(Agar)及卡拉胶(Carrageenan)是最常见的海藻多糖,琼脂凝胶、卡拉胶寡糖在生物基材料、化妆品、食品、生物医药等领域都占据广阔的市场。本研究从实际应用的角度出发,拟通过分子尺度的结构设计,全面提升琼胶的凝胶性能,优化卡拉胶的寡糖活性,实现其高值化开发应用。1、海水耐受的高强度琼胶复合水凝胶构筑及性能研究传统琼胶的凝胶性能不稳定、力学强度差制约了其实际应用。受多尺度结构协同效应的启发,通过引入纳米粘土,在分子水平构筑复合网络结构,经光引发聚合制备了琼胶/聚异丙基丙烯酰胺/粘土复合水凝胶。琼胶复合水凝胶的机械强度测试结果表明,琼胶、粘土、异丙基丙烯酰胺(NIPAM)对复合凝胶的力学性能具有协同增强作用,最优配比(以超纯水质量为参比)为琼胶2.5wt%、NIPAM10wt%、粘土 30 wt%。更为突出的是,琼胶显著增强了复合凝胶在海水中的力学强度。溶胀性测试和耐盐实验进一步证明琼胶含量升高可显著增强复合水凝胶的稳定性,降低其在超纯水中的溶胀程度及在海水中的收缩程度。此外,加热测试结果表明,复合凝胶的互穿网络结构,增强了其结构稳定性,提高了耐热性。扫描电镜、透射电镜分析结果表明粘土以物理交联穿插在高分子网络结构中,形成稳定的三元互穿网络,使复合凝胶具备了优异的力学性能、耐盐性、耐高温性。2、环境友好的琼胶基复合油水分离膜制备及性能研究在上述工作的基础上,利用琼胶复合水凝胶高稳定性、高强度的优点,通过界面微纳米结构的设计,采用金属网片涂覆琼胶复合水凝胶的方法,制备了具有界面微纳米结构的琼胶基复合油水分离膜。SEM扫描电镜测试结果表明,琼胶复合水凝胶成功地包覆在微米级金属网丝上,形成微纳米复合界面,增加了表面的粗糙度。同时,接触角测试结果表明,微纳米界面结构设计强化了水凝胶的天然亲水属性,琼胶基复合膜具有超亲水、水下超疏油特性,在水下对油的接触角为150°±1°。油水分离实验结果表明,250目以上琼胶复合膜油水分离效率≥98%,能够高效分离不同油种类、油水比例、盐浓度、酸碱性的油水混合物。琼胶复合分离膜所具有的稳定油水分离性能在海洋环保、厨余污水、食品加工含油废水等领域具有很大的实际应用价值。3、微波辅助卡拉胶寡糖的制备研究卡拉胶是一种结构独特的硫酸半乳聚糖,具有良好的生物活性,在医药等领域有极大的应用潜力。但因卡拉胶分子量过大而影响其溶解性和吸收性,限制了其应用。采用微波辅助酸降解的方法,简单、可控地制备了较窄分子量分布范围的卡拉胶寡糖,改善了卡拉胶溶解性和可吸收性较差的缺点,提高了其生物活性。通过高效液相色谱(HPLC)对降解后的产物分子量进行分析,采用对反应温度、反应时间、pH值三种单因素实验及L9(33)正交实验,优化了反应条件。实验结果表明,最适的反应条件为pH值2.50、温度110℃、时间20 min;相比于微波炉,降解产物分子量分布更均匀。同时,通过选择不同的反应条件,可以得到聚合度在5到15之间的卡拉胶寡糖(分子量为1800u～5400 u),实现了小分子量卡拉胶寡糖结构可控制备,为后期的基团修饰和药效学研究提供较小分子量范围的卡拉胶寡糖。