到目前為止，黃原膠分子通過一般的凝膠法是不能形成水凝膠的[30>32],然 而，當黃原膠分子在一定的退火溫度下隨后冷卻后能形成凝膠溶液[33-35]。研宄 表明，當黃原膠達到一定的退貨溫度后隨即冷卻能夠形成凝膠溶液，通過落球方 法（FBM)能夠發(fā)現(xiàn)當達到35°C以上的溫度的時候能夠形成凝膠溶液，其中溶液 的均一,性依靠退火時間[31，34，35]。為了研宄黃原膠分子在退火溫度、退火時 間下的自組裝行為，在這一部分中我們用原子力顯微鏡研宄了黃原膠分子的形貌 結(jié)構(gòu)，解釋了退火效應對黃原膠分子的影響。正如實驗部分所說的，我們準備了 不同的退火溫度和不同的退火時間黃原膠溶液，溶液的濃度為0.01g/L，經(jīng)過原子 力顯微鏡的觀察，可以看到清晰的形貌結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了一定的規(guī)律。

 

圖4-1中，顯示了在退火溫度為60°C下不同退火時間的黃原膠分子形貌圖， 形貌圖的尺寸大小都是4000nmx4000nm，這四幅圖的退火時間分別為（a): 30分 鐘，（b): 4小時，（c): 6小時，（d): 9小時。從形貌出向上我們可以看出，當樣品退 火30分鐘的時候，黃原膠分子自組裝成一塊，聚集在一起，不均一，形成小的

圖4-2 60°C下黃原膠分子高度頻率分析SPIP軟件統(tǒng)計圖

Fig.4-2. height frequency of xanthan gum molecules with SPIP software at annealing temperature of 60 〇C.

膠狀顆粒和部分細絲狀體，這主要是溶液溶解不充分；然而當樣品退火4個小 時，黃原膠分子均一展開，形貌看起來類似于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當不同完全形成，許多 鏈狀還處于分離狀態(tài)；通過進一步退火6個小時，在云母表面形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； 當繼續(xù)退火到9個小時后，黃原膠分子自組裝成更加均一，相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 被完全形成，和圖3-2中（b)圖比較來看，基本一致。因此我們得出結(jié)論，在相 同的退火溫度下，隨著時間的增加，一個相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更易于形成。

圖4-2黃原膠分子在60°C退火溫度下，通過SPIP圖像處理軟件對黃原膠分 子的形貌圖像進行高度頻率分析的統(tǒng)計圖，其中(a) 30分鐘（b) 4小時（c)6小時 (d) 9小時的高度頻率分析統(tǒng)計圖，我們可以從圖4-2(a)中，我們可以看出在退火 溫度在60C下經(jīng)過30分鐘的高度頻率分布，高度分布很不均勻，高度分布范圍 較廣，分布在0-2.0nm之間，并且集中分布在0-0.8nm之間，在2.0nm左右也有 分布，我們可以知道在這個范圍在圖4-2 (a)形貌圖像中是由于形成一些小的膠 狀顆粒的高度。4-2(b)中我們可以看出，高度頻率分布相對來講比較均一，高度 分布范圍在0-1.4nm之間，但是高度分布的范圍仍然集中在0-0.8nm之間，從高 度頻率分布圖上我們可以知道，時間從30分鐘到2個小時，黃原膠分子可能完 全溶解了；從4-2(c)中我們可以看出此時黃原膠分子比較均一，集中分布在 1.2nm左右，并且在這個范圍內(nèi)所占的比率較高，在4-2(d)中我們可以看出黃原 膠分子的高度頻率分布的趨勢，趨向于1.2nm，并且所占的比率增高。從SPIP圖 像處理軟件對黃原膠分子的形貌圖像進行高度頻率分析的統(tǒng)計圖可知，黃原膠分 子自組裝的過程中，分子的高度頻率分布趨向于1.2nm，并且在這個范圍內(nèi)的比 率逐漸增加，從圖4-1中的圖形我們也可以看出，黃原膠分子的形貌圖也是趨向 均一。

圖4-3中，顯示了在退火溫度為40C下不同退火時間的黃原膠分子形貌圖， 形貌圖的尺寸大小都是4000nmx4000nm，這四幅圖的退火時間分別為（a): 30分 鐘，（b): 4小時，（c): 9小時,（d): 24小時。從形貌出向上我們可以看出，當樣品退 火30分鐘的時候，黃原膠分子沒有溶解開，都聚集在一起，不均一，形成小的

(c)(d)

圖4-3在40°C下不同退火時間的黃原膠分子形貌圖

Fig.4-3. AFM topography images of xanthan gum with dil^srent annealing time at 40 V

膠狀顆粒和相互連接的細絲狀體，這主要是溶液沒有溶解；然而當樣品退火4個 小時，黃原膠分子雖然已經(jīng)鋪滿，但是仍然沒有均一展開，形貌看起來類似于網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，當時不能完全形成，許多鏈狀還處于相互纏在一塊；通過進一步退火9 個小時，在云母表面形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當繼續(xù)退火到24個小時后，黃原膠分子 自組裝成更加均一，相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被完全形成，和圖4-2中（d)圖比較來 看，基本一致，雖然基本上自組裝成了相互纏繞的網(wǎng)狀體，但是不能形成較密的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)。顯然我們得出相似的結(jié)論，相對于在此退火溫度下，隨著時間的增加， 一個相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更易于形成。

圖4-4黃原膠分子在40°C退火溫度下，通過SPIP圖像處理軟件對黃原膠分 子的形貌圖像進行高度頻率分析的統(tǒng)計圖，其中(a) 9小時（b) 24小時的高度頻

Fig.4-4. measured height frequency of xanthan gum molecules by SPIP at annealing 40 °C. ( Date is the frequency of height value for entire AFM image.)

率分析統(tǒng)計圖。由于黃原膠分子在40°C下經(jīng)過30分鐘和4個小時自組裝后，黃 原膠分子仍然聚集在一起，沒有完全溶解，無法做高度頻率分析SPIP統(tǒng)計圖。 我們從圖4-4(a)中可以看出，高度頻率分布相對來講比較均一，高度分布范圍在 0-1.2nm之間，但是高度分布的范圍仍然集中在0-0.9nm之間，從高度頻率分布 圖上和相應的形貌圖上我們可以知道，這時候黃原膠分子可能完全溶解了，這幅 高度頻率圖類似與圖4-2 (b)，但是在4-2 (b)中是在退火溫度為60C下退火4 個小時，然而4-4(a)中是在退火溫度為40C下退火9個小時，我們可以得出結(jié) 論：退火溫度越高，黃原膠自組裝成均一結(jié)構(gòu)所用時間越短。圖4-4(b)中可以看 出中此時黃原膠分子比較均一，集中分布在0.8-1.2nm左右，并且在這個范圍內(nèi) 所占的比率較高，從相應的形貌圖上也可以看出，黃原膠分子分布均一。

根據(jù)以上我們的分析我們也可以看出，在相同時間下，溫度越高，越容易自 組裝成均一的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。然而但在常溫下（25C)對黃原膠分子進行退火，均勻 攪拌24小時，仍然不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)很多大的顆粒和很多的聚集體，因 此我們可以判斷，在這個溫度下，黃原膠分子不能形成真正的凝膠體。當達到一

定的溫度后，黃原膠分子開始溶解，分子隨著時間的增加開始自組裝，并且逐漸 形成均一的物質(zhì)。

在這個濃度下（0.01g/L)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從AFM的形貌圖我 們可以直接看出，在40°C下需要退火24個小時，在60°C下需要退火6個小時， 而在90°C下需要退火30分鐘就能獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。從時間上我們可以看出，對 于類似的生物高聚物分子，在溫度較高的情況下，越容易形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這個結(jié) 論也有一個潛在的應用就是在類似于這種生物高聚物分子，在配置的過程中，高 溫下可以節(jié)省一定的時間，我們就可以達到預期的效果。