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PVA/SA/TA/Borax Composite Hydrogel的结构式分析

2025-08-13 作者：ZJ 来源：

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产品介绍：

PVA-海藻酸钠-单宁酸-硼砂水凝胶试剂盒具有环境响应特性，对温度、离子浓度等刺激敏感。温度升高至 40℃以上时，聚乙烯醇分子链疏水作用增强，凝胶发生轻微收缩，溶胀率下降 10%-15%；遇钙离子等二价阳离子，海藻酸钠羧基与之络合，形成更强交联结构，凝胶硬度瞬时提高。在氧化环境中，单宁酸的酚羟基发挥抗氧化作用，延缓凝胶降解速率；酸性条件下，硼砂交联键部分解离，凝胶逐渐软化，释放包裹物质。这种多响应性为智能控释、环境适配应用提供可能。

结构式分析：

聚乙烯醇（PVA）：PVA 的化学结构式为 [CH2CH (OH)]ₙ，其中 n 代表聚合度，即分子中重复单元的数量。从结构上看，PVA 分子主链由碳-碳单键（C-C）构成，相对柔顺，赋予分子一定柔韧性。侧链上大量羟基（-OH）的存在是其重要结构特征。羟基具有强亲水性，使得 PVA 能与水分子形成氢键，这是 PVA 具有良好水溶性的根本原因。同时，这些羟基在制备复合凝胶过程中，可作为活性位点参与交联反应。例如，在与硼砂交联时，硼砂中的硼原子可与 PVA 分子中的羟基形成硼酸酯键，从而将不同 PVA 分子链连接起来，构建起三维网络结构，增强凝胶的机械强度和稳定性。

海藻酸钠（SA）：海藻酸钠是由 β-D-甘露糖醛酸（M 单元）和 α-L-古洛糖醛酸（G 单元）通过 1,4-糖苷键连接而成的线性多糖，其结构通式可表示为 [-C6H7O6(COONa)-]ₙ。分子中含有大量羧基（-COOH），在水溶液中，羧基会发生电离，形成带负电的羧基阴离子（-COO⁻）。这些羧基阴离子一方面增加了海藻酸钠的亲水性，使其能在合适 pH 值的水溶液中溶解；另一方面，羧基是海藻酸钠参与交联反应的关键基团。当与硼砂等交联剂作用时，硼砂中的硼原子可与海藻酸钠分子中的羧基形成硼酸酯键，实现分子链间交联，构建凝胶网络。此外，海藻酸钠分子中的 M 单元和 G 单元比例及排列方式会影响其性能，不同来源的海藻酸钠，M/G 比例不同，会导致其在溶解性、凝胶化性能等方面存在差异。

单宁酸（TA）：单宁酸是一种复杂的多酚类化合物，其基本结构单元包含多个酚羟基取代的苯环。常见的单宁酸结构中，多个没食子酰基通过酯键连接在葡萄糖分子上。以典型的五倍子单宁酸为例，其分子结构中含有大量酚羟基，这些酚羟基具有较强活性。一方面，酚羟基使单宁酸具有抗氧化性能，可通过提供氢原子，清除体系中的自由基；另一方面，在复合凝胶体系中，酚羟基可与其他组分发生多种相互作用。例如，与 PVA 分子中的羟基通过氢键相互作用，增强分子间作用力；与硼砂中的硼原子也可能发生络合反应，进一步稳定凝胶结构。同时，单宁酸的酚羟基还可与蛋白质等生物大分子发生相互作用，这在其Antibacterial、抗炎等生物活性中发挥重要作用，也影响着复合凝胶在生物医学领域的应用性能。

硼砂（BS）：硼砂的化学式为 Na2[B4O5(OH)4]・8H2O，其结构中包含 [B4O5(OH)4]²⁻阴离子和 Na⁺阳离子。在制备复合凝胶过程中，[B4O5(OH)4]²⁻阴离子起关键作用。硼原子具有缺电子性，可与海藻酸钠分子中的羧基、PVA 分子中的羟基等富电子基团发生反应。以与海藻酸钠交联为例，硼原子与海藻酸钠羧基中的氧原子形成硼酸酯键，将不同海藻酸钠分子链连接起来，实现交联。同时，硼砂的加入还可能影响体系的 pH 值，进而对复合凝胶的形成及性能产生影响，因为 pH 值会影响各组分的电离状态和相互作用方式。例如，在一定 pH 范围内，有利于硼酸酯键的形成，促进凝胶化过程，而不合适的 pH 值可能抑制交联反应，导致无法形成性能良好的复合凝胶。