智能水凝胶在药物控释系统的应用及研究进展

简述了智能水凝胶在药物控释系统中的应用及国内外研究进展。重点阐述了高分子水凝胶中的pH敏感、温敏、电场敏感、光敏感水凝胶和小分子水凝胶的结构、性质,以及作为释药载体在给药系统中的研究应用。     

环糊精衍生物水凝胶材料的研究进展

水凝胶是一种由化学或物理交联的高分子聚合材料,具有亲水性的三维网络结构,使其能够吸收并保持大量的水分。水凝胶相对其他材料有着明显优势,其具有含水量高、性质柔软、通透性高、生物相容性好等优点,这些优异的性质使水凝胶在工业、农业、生物医学乃至生活中都有着广泛的应用。近些年来国内外研究者都致力于开发新型水凝胶,以解决传统水凝胶存在的力学强度差、功能单一的问题。因此,涌现了大批多功能、高强度的新型水凝胶,如温度、pH、光、电磁刺激响应性水凝胶,双网络、互穿网络水凝胶,纳米复合水凝胶,自愈合性水凝胶。其中,环糊精及其衍生物的引入是改善水凝胶不足的重要方法之一。环糊精存在特殊的外缘亲水、内部疏水的环状分子结构以及疏水性空腔,能够通过主客体偶合作用稳定络合疏水性分子。近年来,研究者们充分利用环糊精独特的结构和性质,在设计更好的环糊精衍生物水凝胶结构和功能方面不断地进行尝试,取得了丰硕的研究成果,制备了一系列具有优异性能的环糊精及其衍生物高分子水凝胶。环糊精及其衍生物水凝胶不仅在力学性能方面表现出优势,还具有显著的功能性,如刺激响应性、自修复性、形状记忆性、可注射性等。目前,已报道的环糊精衍生物水凝胶结构多样、性质各异,按其网络结构可分为:(1)化学修饰环糊精作为交联剂合成水凝胶;(2)环糊精衍生物的主客体超分子水凝胶;(3)环糊精衍生物的物理/化学双交联水凝胶;(4)环糊精衍生物的滑环水凝胶。各种交联结构的环糊精衍生物水凝胶的开发,赋予了水凝胶不同的功能和性质,为突破传统水凝胶的应用瓶颈提供了思路,使其在催化工程、药物控释、骨/软骨组织修复和水污染物净化领域具有广阔的应用前景。本文归纳了环糊精衍生物高分子水凝胶的研究进展,按水凝胶的交联结构对环糊精衍生物水凝胶进行分类,分别对环糊精分子、环糊精衍生物水凝胶的结构、制备方法、应用等进行介绍,分析了环糊精衍生物高分子水凝胶所面临的问题并展望其前景,以期为制备多功能、高强度环糊精衍生物水凝胶提供参考。     

MOF基高强度荧光水凝胶的制备及性能

针对传统荧光水凝胶力学性能差的问题,基于纳米增韧策略,以琼脂(Agar)为第一网络,聚丙烯酰胺(PAAM)为第二网络,具有荧光特性的纳米金属有机框架—NH₂-MIL-53(Al)为纳米增韧剂,经过加热-冷却-光聚合的方法制备了高强度的NH₂-MIL-53(Al)/Agar/PAAM纳米复合荧光水凝胶。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、动态光散射仪表征了NH₂-MIL-53(Al)的结构与粒径,电子万能试验机测试了纳米复合荧光水凝胶的机械性能,荧光分光光度计测试了纳米复合荧光水凝胶的荧光性能。研究结果表明,该凝胶具有高力学强度(拉伸应力为1.0 MPa,拉伸应变为960%),并在450nm光激发下表现出较强的荧光性质。NH₂-MIL-53(Al)/Agar/PAAM纳米复合荧光水凝胶为制备具有高力学性能的荧光水凝胶提供了新思路,促进了荧光水凝胶的应用与发展。     

玉米芯半纤维素基水凝胶对Pb2+吸附性能和机理

以玉米芯半纤维素(木聚糖)为原料，以丙烯酸(AA)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为功能单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，在光引发剂安息香二甲醚(DMPA)紫外引发下，通过接枝聚合，制备水凝胶吸附剂，利用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)分析水凝胶吸附金属离子前后的结构，并研究pH、吸附剂用量、温度、金属离子初始浓度、吸附时间对Pb²⁺吸附性能的影响。结果表明：吸附平衡时间约为300min,对Pb²⁺的最大吸附容量为1095mg/g。水凝胶对金属离子的吸附为离子交换机制，吸附行为符合动力学准二级模型和Langmuir方程，半纤维素基水凝胶对重金属废水具有显著的吸附效果，可以作为重金属废水处理用的生物质吸附剂。     

增韧抗冻水凝胶柔性应变传感器研究进展

水凝胶作为一种结构与生物组织类似的柔性材料，被广泛地应用在柔性传感器等领域。但其内部含水量较大导致力学性能较差，且在低温环境下易结冰失效。本文从增韧机理、抗冻方法以及疲劳特性等方面对增韧抗冻水凝胶进行了综述。首先，对不同增韧机理水凝胶的力学性能以及内部结构进行了对比；其次，讨论了低温环境下水凝胶的抗冻方法；最后，总结了水凝胶在长时间静态或循环加载情况下的疲劳损伤特性。未来应致力于增加水凝胶的保水抗冻性能，深入研究水凝胶疲劳失效机理，以期为耐低温、抗疲劳水凝胶传感器的应用提供理论基础。     

光聚合PEXS-A水凝胶材料的合成及包埋活细胞的性能

光聚合水凝胶材料在组织工程中发挥着重要作用。本研究合成了一种可快速光聚合的水凝胶材料——丙烯酸酯封端聚乙二醇聚木糖醇癸二酸共聚物(PEXS-A),从聚乙二醇投量、酰化剂选择和透析时间三个方面对合成工艺进行了探索并对水凝胶的细胞相容性和降解性能进行表征。通过比较预聚物水溶性确定聚乙二醇投量,采用核磁共振氢谱图(1H-NMR)对材料进行结构分析并计算材料丙烯酸酯化程度;将透析0 h、24 h、48 h、72 h的水凝胶材料与细胞一同培养,采用CCK-8细胞毒性检测试剂盒对细胞存活率进行检测;将细胞包埋于水凝胶材料中置于细胞培养基中培养48 h后用活/死细胞双染试剂盒荧光染色观察细胞存活情况,并测试了PEXS-A水凝胶在磷酸缓冲液(PBS)中37℃下降解28 d过程中的质量变化。结果表明,聚乙二醇质量分数为60%时得到易溶于水和最高羟基比例的PEXS预聚物,PEXS-A丙烯酸酯化程度可达91. 61%,在紫外光照下1 min内能聚合成水凝胶,PEXS-A预聚物水透析48 h后合成的水凝胶细胞毒性较低,与对照材料PDLLA相当,细胞包埋于PEXS-A水凝胶培养48 h后有极高的存活率,PEXS-A水凝胶还具有生物降解性能,其在体外28 d可降解52. 85%±0. 64%(质量分数)。     

温度/pH双重敏感水凝胶的合成及影响因素

"环境敏感型"水凝胶是一种高分子凝胶,它能对温度、pH、光、电场、离子强度和压力等环境变化引起的刺激作用产生不同程度的响应,可广泛应用于人造肌肉、酶和细胞的固定化、生物分离、药物控制释放等领域。本文概述了温度/pH双重敏感水凝胶,并对影响水凝胶性质的因素进行介绍,阐述了温度/pH双重敏感水凝胶的合成方法,最后对温度/pH双重敏感水凝胶未来研究中存在的问题进行了总结。     

pH敏感性含糖共聚水凝胶Poly(AM/IA/VBG)的制备与性能

用4-乙烯基苄基胺与葡萄糖内酯反应合成了4-乙烯苄基葡萄糖酰胺单体(VBG)，然后以亚甲基双丙烯酰胺(BisA)为交联剂，与丙烯酰胺(AM)、衣康酸(IA)共聚得到含糖结构的三元共聚水凝胶。用热重分析对水凝胶的稳定性进行了表征。水凝胶的膨胀比随着VBG或IA含量的增加而下降；在低pH值或高pH值时水凝胶的膨胀比下降。随氯化钠浓度的提高，水凝胶的膨胀比下降。随着温度的升高水凝胶的膨胀比出现不同的变化，凝胶中VBG含量的增加，水凝胶的膨胀比随着温度的升高而下降，凝胶中IA含量的增加，水凝胶的膨胀比随着温度的升高反而升高。     

PVA-PAAIPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究

利用化学交联和循环冰冻-解冻相结合的顺序逼近法，制备了由和聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酸（PAA）复合的具有互穿聚合物网络（IPN）结构的高分子水凝胶。研究了交联剂含量，PAA含量和温度对水凝胶溶胀性质的影响，实验结果表明，30℃时，交联剂含量为1.0mol%的凝胶溶胀度最大，凝胶中PAA含量越大，凝胶的溶胀度越大；具有IPN结构的凝胶具有温度敏感性质；调节凝胶中PAA和交联剂的含量，可以控制凝胶突变体系的大小。     

胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用

作为一种具有特殊网络结构和功能的天然高分子材料,胶原基水凝胶已在医用敷料、药物载体、组织工程支架等生物医学领域得到了广泛应用。对近几年胶原基水凝胶的研究应用现状进行了全面综述,从胶原的结构与性能入手,着重对胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用进行了阐述,同时对制备过程条件的控制对水凝胶结构性能的影响进行了重点讨论,对胶原基水凝胶的未来前景和发展重点进行了展望,有望为将来有关胶原基水凝胶的研究和应用提供数据参考。     

稀释剂对环氧树脂电子束辐射固化性能的影响

对分别加入4 种稀释剂的双酚A 环氧树脂和酚醛环氧树脂的电子束辐射固化性能进行了研究。分析了稀释剂种类及含量对环氧树脂体系辐射产物的固化度、固化均匀性、固化区域大小及其动态力学性能的影响规律。结果表明: 电子束固化环氧树脂体系中加入稀释剂后, 辐射产物的固化度、玻璃化转变温度及储能模量有所下降, 但固化均匀性得到提高; 加入稀释剂的环氧树脂电子束固化区域的厚度均小于未加稀释剂树脂, 而底面直径却大于未加稀释剂树脂; 随着树脂中实际稀释剂含量的增加, 电子束固化环氧树脂固化度逐渐降低, 固化层厚度减小, 固化区域的底面直径先增加后减小。      

水溶液法合成HEC-g-(AM-AA)/SiO2高吸水性树脂

以过硫酸钾为引发剂 ,N ,N 亚甲基双丙烯酰胺为交联剂 ,采用水溶液聚合法制备交联型HEC g (AM AA) /SiO2 高吸水性树脂。研究了羟乙基纤维素与单体总量的比例、单体间配比、硅溶胶用量和反应时间、温度对树脂吸水率的影响。用红外光谱表征树脂的结构 ,热重分析测定树脂的热稳定性 ,力学性能分析表征树脂的拉伸强度。结果表明 ,制得的高吸水性树脂吸蒸馏水达 86 7g/g ,吸NaCl溶液 (质量分数为 0 9% )达 10 2 g/g。同时表明 ,引入硅溶胶提高了吸水树脂的热稳定性和强度     

反应温度对二氧化碳/1,2-环氧丁烷/ε-己内酯三元共聚物性能的影响

以高聚物负载型双金属阴离子配位化合物PBM为催化剂,通过二氧化碳(CO2),1,2-环氧丁烷(BO)与ε-己内酯(CL)的三元开环共聚合反应,得到新型脂肪族聚碳酸酯(PBCL)。对PBCL进行了FT-IR1、H-NMR1、3C-NMR、DSC和WAXD等表征。并研究了反应温度对PBCL性能的影响。研究表明,当反应温度在60℃~70℃之间时,共聚物为无定型结构,特性粘数[η]和粘均分子量(-Mv)随着反应温度的升高而升高;当反应温度升高至80℃~90℃时,PBCL出现部分结晶,随着反应温度的升高,[η]和-Mv下降,CL的摩尔分数(fCL)增大,共聚物的结晶度增大,且玻璃化温度(Tg)下降,熔点(Tm)升高。     

Study on Cure Behavior of a Model Epoxy System by Means of TTT Diagram

Duetotheirhighstrength,modulusandfracture toughnessaswellasgoodadhesionandthermalre sistance[1],epoxyresinsasmatricesarewidelyused inaeronautics,astronautics,transportation,sports andotherindustry.Standardepoxyresinsareusually basedonDGEBA(diglycidyletherofbisphenolA),whichneedsactivehydrogenorotheractivegroupsto opentwoepoxyrings.Four functionalepoxylike TGMDA(tetraglycidylmethylenedianiline)isoften usedforhigh performanceepoxymatrixcomposites becauseofitsrelativelyhighercross linkingdens…     

高性能双组份环氧树脂固化动力学研究和TTT图绘制

用全动态DSC 研究了先进复合材料用高性能双组份环氧树脂的固化反应动力学, 获得了固化反应的动力学参数, 并建立了固化动力学的唯象模型。用恒温DSC 和动态DSC 结合DiBenedetto 方程研究了树脂玻璃化转变温度和固化度之间的关系, 并给出了玻璃化转变温度T_g和时间t 及温度T 之间的数学关系。通过DMA 研究了树脂恒温下的凝胶过程, 给出了凝胶时间tgel 和凝胶温度T 之间的关系, 回归得到凝胶时的固化度为α_gel =0.4539 , 并以此计算出了T_g ,gel = 70. 18 ℃, 为工艺选择提供了依据。并在此基础上绘制出了该树脂体系的TTT图, 提出了将TTT 图用于工艺优化的思路, 并做了初步验证。      

MWCNTs对碳纤维非褶皱无纺布/环氧层合板力学性能的影响

将羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)添加到TDE85环氧树脂中,然后与碳纤维非褶皱无纺布(C-NCF)复合,制备成[0°/90°/+45°/-45°]_S层合板。采用三点弯曲、短梁剪切和单边切口弯曲测试方法以及动态力学性能分析方法,研究了不同含量的MWCNTs对层合板弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)、Ⅱ型层间断裂韧性(G_ⅡC,以及玻璃态转变温度(T_g)的影响。并采用SEM对Ⅱ型试样的断面进行分析。结果表明,MWCNTs的加入显著提高了NCF层合板的力学性能。与空白试样相比,当MWCNTs在树脂中的质量分数为2.0%时,弯曲强度和模量分别提高了约26%和6%;当MWCNTs的质量分数为0.5%时,ILSS、G_ⅡC、T_g分别提高约14%、27%和14%。     

不同长度脂肪链含萘环结构环氧树脂对NC-3000型环氧树脂的改性研究

为了研究不同脂肪链长度的环氧树脂对联苯苯酚环氧树脂/苯酚-亚联苯基固化剂(NC-3000/GPH-65)环氧体系的影响,合成了两种含萘环结构的具有不同长度脂肪链的环氧树脂R1和R2,通过核磁共振氢谱(1 HNMR)和元素分析(EA)对其结构进行了表征。将R1和R2以1%、3%、5%、7%(质量分数)的添加量分别加入NC-3000/GPH-65固化体系中制备固化物。通过示差扫描量热(DSC)和凝胶化时间测试研究R1和R2对NC-3000/GPH-65固化体系固化行为的影响,对改性固化物进行了热重分析(TGA)、弯曲强度测试、拉伸强度测试、吸水性和玻璃化转变温度(Tg)测试。结果表明,具有长链结构的R1对固化反应有延缓作用,而R2对固化反应有促进作用。随着R1和R2添加量的增加,改性固化物的力学性能、耐水性、Tg和耐热性都得到了一定程度的提高,通过SEM对固化物断面进行分析发现,固化物的断裂形式由脆性断裂变成韧性断裂。与短链结构的R2相比,长链结构的R1能够使固化物的力学性能、Tg和吸水率得到更大程度的提升,而其耐热性有一定程度的降低。     

Properties of vapor detector arrays formed through plasticization of carbon black-organic polymer composites

Arrays of vapor detectors have been formed through addition of varying mass fractions of the plasticizer diethylene glycol dibenzoate to carbon black-polymer composites of poly(vinyl acetate) (PVAc) or of poly(N-vinylpyrrolidone). Addition of plasticizer in 5% mass fraction increments produced 20 compositionally different detectors from each polymer composite. Differences in vapor sorption and permeability that effected changes in the dc electrical resistance response of these compositionally different detectors allowed identification and classification of various test analytes using standard chemometric methods. Glass transition temperatures, Tg, were measured using differential scanning calorimetry for plasticized polymers having a mass fraction of 0, 0.10, 0.20, 0.30, 0.40, or 0.50 of plasticizer in the composite. The plasticized PVAc composites with Tg < 25 degrees C showed rapid responses at room temperature to all of the test analyte vapors studied in this work, whereas composites with Tg > 25 degrees C showed response times that were highly dependent on the polymer/analyte combination. These composites showed a discontinuity in the temperature dependence of their resistance, and this discontinuity provided a simple method for determining the Tg of the composite and for determining the temperature or plasticizer mass fraction above which rapid resistance responses could be obtained for all members of the test set of analyte vapors. The plasticization approach provides a method for achieving rapid detector response times as well as for producing a large number of chemically different vapor detectors from a limited number of initial chemical feedstocks.     

St-BA共聚物玻璃化温度与转化率的关系

用溶液聚合的方法在不同投料比下合成了不同转化率的苯乙烯-丙烯酸丁酯无规共聚物,低转化率下共聚物的组成用1H-NMR测定,聚合物的玻璃化温度(Tg)用差示扫描量热法(DSC)测量。采用非线性最小二乘法(NLLS)计算得到单体的竞聚率rSt=0.831,rBA=0.187,不同转化率瞬时共聚物含量由竞聚率、投料比计算,Tg用前期提出的共聚物Tg-组成关系方程计算,累计产品的Tg由瞬时共聚物Tg用Fox公式加和而得,按此种方法预测的St-BA共聚物Tg-转化率关系与实验结果基本一致。     

Glass formation and glass structure of the BiO1.5—PbO—CuO system

The glass-forming region of the BiO1.5—PbO—CuO system has been determined by the melt-quenching technique. The glass transition temperatures, Tg, and the first crystallization peak temperatures, Tx1, are around 240°C and 285°C, respectively. The glass structure consists of [BiO3] and [BiO6] units, and the conversion between these polyhedra mainly depends on the CuO and PbO content. The covalent characteristic in the infrared absorption spectra of the [PbOn] pyramidal units becomes significant when the glass contains more PbO.