CaAlg/CMWCNT复合水凝胶纳滤膜的制备及染料截留

制备了海藻酸钙/羧基化多壁碳纳米管(CaAlg/CMWCNT)复合水凝胶纳滤膜,测试了其力学性能、抗污染及染料截留性能。随着CMWCNT含量的增加,湿态CaAlg/CMWCNT过滤膜的拉伸断裂强度先增大后减小,在CMWCNT含量为海藻酸钠质量的1%(质量分数)时达到最大值1.83 MPa。CaAlg/CMWCNT过滤膜具有良好的抗污染性能,对染料亮蓝和刚果红的截留率达到99%以上,通量为19.56L/(m2·h)。     

聚N,N-二乙基丙烯酰胺/膨胀石墨复合水凝胶制备与溶胀特性

用溶液聚合制备了一系列不同膨胀石墨含量的聚N,N-二乙基丙烯酰胺/膨胀石墨复合水凝胶,研究了膨胀石墨的量对复合水凝胶溶胀以及水释放性能的影响。利用XRD及SEM对复合水凝胶的微观结构及相结构进行表征。结果表明,在超声作用下膨胀石墨解离成10 nm~50 nm厚石墨片分散到复合水凝胶内,随着膨胀石墨量的增加,复合水凝胶的水释放性能增加,但溶胀性能呈现增加后减小的趋势。     

高强度聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶。采用热失重、X射线衍射、差示扫描量热、扫描电镜、力学性能、溶胀性能及离子强度敏感性等分析对制备的复合水凝胶进行了表征,研究了氧化石墨烯(GO)含量、冷冻-解冻循环次数、聚乙烯醇(PVA)浓度对复合水凝胶性能的影响。研究结果表明,复合水凝胶呈现出三维多孔网络结构;随着GO含量的增加,水凝胶的热稳定性增强、熔融温度上升,拉伸强度和压缩强度也得到明显提高,说明GO在复合水凝胶中起到了物理交联剂的作用;复合水凝胶的平衡溶胀比随着GO含量的增加而增大,但当GO的质量分数超过0.4%时逐渐减小;增加冷冻-解冻循环次数或PVA浓度,水凝胶的拉伸强度和压缩强度增大,力学性能得到显著改善。     

医用聚乙烯醇/海藻酸钠/氧化石墨烯水凝胶的制备及性能

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的医用聚乙烯醇/海藻酸钠/氧化石墨烯复合水凝胶,并采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热失重等对复合水凝胶进行表征,研究了氧化石墨烯含量对复合水凝胶的结构及性能的影响。结果表明,复合水凝胶呈现三维多孔的网络结构;氧化石墨烯、海藻酸钠和聚乙烯醇之间存在强烈的氢键作用,随着氧化石墨烯含量的增加,复合水凝胶的力学性能增强,热稳定性和凝胶率也得到提高;氧化石墨烯与海藻酸钠具有协同作用促进细胞增殖,复合水凝胶具有优异的生物相容性。     

PVA/P(AA-AM)复合水凝胶的制备及性能

采用水溶液聚合方法合成了不同组成的丙烯酸-丙烯酰胺共聚物(P(AA-AM))。将聚乙烯醇(PVA)与所合成的P(AA-AM)共混,以戊二醛为交联剂,制备出了不同结构的PVA/P(AA-AM)复合水凝胶。采用扫描电镜观察了凝胶形貌,研究了复合水凝胶的结构与性能关系。结果表明,复合水凝胶溶胀性能与所用交联剂加量有关,复合水凝胶的溶胀度随着交联剂加量增加先增大后减小,在交联剂加量为0.5%时水凝胶溶胀度达到最大值。复合凝胶中的聚合物组成对溶胀度影响显著,随着P(AA-AM)含量提高,水凝胶的溶胀度逐渐增大。适当结构的复合水凝胶具有pH敏感性,敏感程度随着凝胶中P(AA-AM)含量的增加而增强。     

一种抗氧化藻蓝蛋白/胶原蛋白复合水凝胶的制备及研究

将罗非鱼鱼皮提取的Ⅰ型胶原蛋白与不同浓度藻蓝蛋白混合,利用胶原蛋白自组装特性制备了复合水凝胶,并考察了复合水凝胶的透气性、微观形貌、红外光谱、溶胀率以及抗氧化性能。结果表明,复合水凝胶透气性显著升高,随着藻蓝蛋白含量增加,水凝胶的微观形貌孔隙和溶胀性增加,红外光谱表明该制备方法未破坏两种蛋白质的特征吸收峰。抗氧化实验中,该复合水凝胶具有DPPH自由基、羟自由基清除力,表现出优异的抗氧化能力。     

氧化石墨烯含量对复合水凝胶性能的影响

目的研究氧化石墨烯含量对氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶性能的影响。方法将氧化石墨烯作为物理交联剂,改变氧化石墨烯的相对含量,制备氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶,并分析其结构、热稳定性、力学、平衡溶胀比和弹性恢复能力。结果氧化石墨烯的含氧官能团与聚乙烯醇的-OH、聚丙烯酸的-COOH以氢键结合,增加氧化石墨烯相对含量可使复合水凝胶的热稳定性和力学性能得到増强,平衡溶胀比减小。结论在试验参数范围内,制得的氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶具有优异的热稳定性、力学性能和弹性恢复能力。     

高强度聚N,N-二甲基丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备

以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)为单体,N,N-胱胺二丙烯酰胺(CBA)为交联剂,在氧化石墨烯(GO)水分散液中进行自由基原位聚合,制备了高强度PDMA/GO复合水凝胶,研究了GO和交联剂CBA的含量对复合水凝胶性能的影响。结果表明,复合水凝胶的热稳定性、拉伸强度和压缩强度随GO和CBA含量的增加而增加,其平衡溶胀比随GO含量的增加而减小。利用CBA的二硫键可以还原断裂的性质,通过热重分析测定了PDMA在GO表面的接枝效率。结果表明,GO不是简单共混在水凝胶中,而是起到了交联剂的作用,使得复合水凝胶具有优良的拉伸强度和压缩强度。     

前端聚合法制备聚N-异丙基丙烯酰胺/碳纳米管复合水凝胶及其性能

用前端聚合法制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)/多壁碳纳米管(PNIPAM/MWCNTS)复合水凝胶,对产物的微观形貌、温敏性、力学性能和释药性能进行了研究。结果表明,PNIPAM/MWCNTS复合水凝胶具有温度敏感性,MWCNTS的加入不影响水凝胶的低临界转变温度,随MWCNTS含量增加,水凝胶吸水能力降低,力学强度显著提高,当MWCNTS的含量由0%增至10%时,水凝胶的压缩强度从88 k Pa增加到666 k Pa。复合水凝胶具有良好的药物缓释性能。     

含铜硅酸钙纳米棒复合水凝胶用于肿瘤治疗和皮肤伤口愈合性能研究

为了清除皮肤肿瘤手术切除后的残余肿瘤细胞并促进皮肤伤口愈合, 开发一种具有肿瘤治疗和促进皮肤伤口愈合功能的水凝胶具有重要意义。本研究以水合硅酸钙纳米线为基体材料, 以NaCl和KCl为熔盐介质, CuSO₄•5H₂O为铜源, 采用熔盐法制备了含铜硅酸钙(Cu-CS)纳米棒, 并将其复合到海藻酸钠水凝胶得到Cu-CS纳米棒复合水凝胶(Cu-CS/SA)。实验结果表明, 随着铜盐添加量增大和熔盐处理温度升高, Cu-CS纳米棒的Cu含量逐渐上升, 但其催化过氧化氢(H₂O₂)生成羟基自由基(•OH)的性能呈现先升高后下降的趋势; 在3%铜盐添加量和熔盐处理温度700 ℃条件下所制备的3Cu-CS纳米棒具有最佳的催化性能, Cu元素均匀地分布在纳米棒表面, 其价态为+2价, 且Cu元素的含量极低, 仅为0.61%。细胞实验发现Cu-CS纳米棒含量不超过20%的复合水凝胶具有良好的生物相容性, 并且Cu- CS/SA水凝胶在模拟肿瘤微环境条件下能催化H₂O₂生成高细胞毒性的•OH, 进而实现化学动力学治疗肿瘤的效果, 同时还能促进血管内皮细胞和成纤维细胞的增殖和迁移。因此, Cu-CS纳米棒复合水凝胶有望用于皮肤肿瘤术后治疗。     

海藻酸钙/聚丙烯无纺布复合过滤膜的制备及性能

以聚丙烯（PP）无纺布为载体,不添加致孔剂制备了海藻酸钙/PP无纺布（CaAlg/PP）水凝胶复合过滤膜。通过SEM、TG对CaAlg/PP复合膜的表面形貌、热稳定性能进行表征。研究了CaAlg/PP复合膜的抗溶胀性能及其对染料吸附和染料截留的性能。结果表明,CaAlg/PP复合膜的抗溶胀性能比CaAlg水凝胶膜有很大提高。在0.1 MPa压力下,NaCl浓度为1 g·L-1时,料液通量为9.5 L（m2·h）-1,对亮蓝的截留率达到98.3%。CaAlg/PP复合膜的耐压性能远优于CaAlg膜,经过Ca2+交联后可以多次重复使用。CaAlg/PP复合膜对阴离子染料的吸附量很小,避免了染料的吸附污染。CaAlg/PP复合膜可应用于染料中低浓度盐的脱除。      

聚羟基丁酸酯纳米纤维支撑海藻酸钙纳滤膜制备及抗污染性能

以聚羟基丁酸酯(PHB)纳米纤维膜为载体,不添加致孔剂,制备了PHB纳米纤维支撑的海藻酸钙(CaAlg)水凝胶纳滤膜(CaAlg-PHB复合膜)。通过扫描电子显微镜观察膜的形貌,研究膜的溶胀性能、拉伸力学性能、亲水性和对乳化油、牛血清蛋白(BSA)溶液的抗污染性能以及对染料的截留性能。结果表明,CaAlg-PHB复合膜的断裂强度与CaAlg自支撑膜相比得到较大提高。乳化油悬浊液和BSA溶液的稳定通量分别为纯水通量的83.82%和86.70%,表明CaAlgPHB复合膜具有良好的抗污染性能。3D超景深显微镜观测显示乳化油在膜表面不粘附,水下二氯甲烷在膜表面的接触角达到148.3°,表明该复合膜在水下超疏油。在0.1 MPa压力下,CaAlg-PHB复合膜对染料刚果红的稳定通量和截留率分别为30.57 L/(m~2·h)和96.95%。     

A Hydrogel‐Film Casting to Fabricate Platelet‐Reinforced Polymer Composite Films Exhibiting Superior Mechanical Properties

The fabrication of mechanically superior polymer composite films with controllable shapes on various scales is difficult. Despite recent research on polymer composites consisting of organic matrices and inorganic materials with layered structures, these films suffer from complex preparations and limited mechanical properties that do not have even integration of high strength, stiffness, and toughness. Herein, a hydrogel‐film casting approach to achieve fabrication of simultaneously strong, stiff, and tough polymer composite films with well‐defined microstructure, inspired from a layer‐by‐layer structure of nacre is reported. Ca²⁺‐crosslinked alginate hydrogels incorporated with platelet‐like alumina particles are dried to form composite films composed of horizontally aligned alumina platelets and alginate matrix with uniformly layered microstructure. Alumina platelets are evenly distributed parallel without precipitations and contribute to synergistic enhancements of strength, stiffness and toughness in the resultant film. Consequentially, Ca²⁺‐crosslinked alginate/alumina (Ca²⁺‐Alg/Alu) films show exceptional tensile strength (267 MPa), modulus (17.9 GPa), and toughness (3.60 MJ m⁻³). Furthermore, the hydrogel‐film casting allows facile preparation of polymer composite films with controllable shapes and various scales. The results suggest an alternative approach to design and prepare polymer composites with the layer‐by‐layer structure for superior mechanical properties.     

TiO_2-海藻酸钙复合膜的表征、对染料的光催化降解及TiO_2回收

为了解决TiO2纳米粒子难分离,负载的催化剂难回收等问题,首先,将TiO2与海藻酸钠充分混合制成铸膜液,在玻璃板上刮膜,经钙离子交联制备了TiO2-海藻酸钙(T-CA)复合膜。然后,对T-CA复合膜进行了SEM和XRD表征,并研究了T-CA复合膜对染料的光催化降解性能。最后,将T-CA复合膜从染料降解液中取出,浸泡在柠檬酸钠水溶液中,柠檬酸根对钙离子的结合力较强,可使海藻酸盐水凝胶溶解,离心分离TiO2纳米粒子并清洗干燥后,得到了回收TiO2;利用SEM、TEM、FTIR和XRD对回收TiO2进行了表征。结果表明:T-CA复合膜对甲基橙的光催化降解率可达82.37%。回收TiO2与初始的TiO2几乎完全一样,可重新使用且催化能力不变。该方法是一种绿色环保、方便快速的从载体中回收TiO2纳米粒子的方法。     

海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料的制备与性能

通过化学发泡-冷冻干燥-粒子滤出复合法制备聚乳酸(PLLA)大孔支架, 然后在大孔内以海藻酸钠(SA)、碳酸钙、葡萄糖酸内酯(GDL)为原料, 通过原位相转变制备海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料(CA/PLLA); 分别利用SEM、压缩强度测试和细胞培养对CA/PLLA支架的形貌、力学性能及生物相容性进行了研究。结果表明: PLLA具有直径小于2 mm、孔道相互连通的孔洞, 且在大孔中能够形成均匀的CA。CA/PLLA复合材料的压缩强度(2.74 MPa)远大于单一的海藻酸钙水凝胶的压缩强度(0.10 MPa)。在CA/PLLA复合支架中, 软骨细胞呈簇状圆形生长状态, 与其在天然软骨陷窝里生长状态一致。这种软硬结合、天然与合成高分子杂化的CA/PLLA复合材料的力学强度和生物相容性同时得到提高, 可进一步作为骨和软骨修复材料研究。     

磁性复合膜的制备及其磁致变形性能

Fe3O4和Fe2O3分散加入PVA中制备新型智能凝胶-磁性复合膜。对磁性复合膜作形貌和红外光谱分析。对不同配比制备的磁性复合膜进行磁场磁致变形性能的对比。并利用磁性复合膜在配方比不同时对磁场的变形不同的特性做了机器人手指探讨磁性复合膜的远景应用。结果表明,磁性复合膜的偏转大小决定于Fe3O4或Fe2O3的含量和磁场的大小。冷冻和常温制备方法对磁性复合膜的变形大小没有影响。     

基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶

海藻酸钙水凝胶是一种具有良好生物相容性、生物降解性的生物医用高分子材料,但是传统制备方法不能得到具有生理结构的水凝胶。文中提出了一种基于电诱导沉积原理,使用海藻酸钠和碳酸钙混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。在分析电诱导沉积原理基础上,搭建了海藻酸钙水凝胶3D打印系统。建立了海藻酸钙水凝胶截面宽度模型,提出了通过调节打印喷头的移动速度控制凝胶截面宽度的方法。应用该系统打印了圆管形、正六边形及四叶草形的生物支架,并用这些结构的生物支架进行细胞培养实验,获得具有一定生物活性的细胞。     

Novel crosslinked alginate/hyaluronic acid hydrogels for nerve tissue engineering

Artificial tissue engineering scaffolds can potentially provide support and guidance for the regrowth of severed axons following nerve injury. In this study, a hybrid biomaterial composed of alginate and hyaluronic acid (HA) was synthesized and characterized in terms of its suitability for covalent modification, biocompatibility for living Schwann cells and feasibility to construct three dimensional (3D) scaffolds. Carbodiimide mediated amide formation for the purpose of covalent crosslinking of the HA was carried out in the presence of calcium ions that ionically crosslink alginate. Amide formation was found to be dependent on the concentrations of carbodiimide and calcium chloride. The double-crosslinked composite hydrogels display biocompatibility that is comparable to simple HA hydrogels, allowing for Schwann cell survival and growth. No significant difference was found between composite hydrogels made from different ratios of alginate and HA. A 3D BioPlotter^TM rapid prototyping system was used to fabricate 3D scaffolds. The result indicated that combining HA with alginate facilitated the fabrication process and that 3D scaffolds with porous inner structure can be fabricated from the composite hydrogels, but not from HA alone. This information provides a basis for continuing in vitro and in vivo tests of the suitability of alginate/HA hydrogel as a biomaterial to create living cell scaffolds to support nerve regeneration.     

Novel alginate based coatings on Mg alloys

Coatings on yttrium doped magnesium (Mg4Y) alloy substrates were prepared using alginate hydrogels by dip coating method to improve the surface bioactive properties of the substrate. Furthermore, composite coatings containing nano-sized calcium phosphate corresponding to hydroxyapatite (HA) phase entrapped within alginate hydrogel were also synthesized on the Mg4Y substrates. Surface characteristics of these coated substrates have been investigated using FTIR-ATR, SEM and EDS. The results show that the coatings with alginate alone are not stable in vitro; however, incorporation of NanoCaPs slightly improves the stability of these coatings. In addition, these composite coatings showed cell attachments with fibronectin incorporation. These results indicate that alginate hydrogels have the potential to be used as bioactive coating materials for different biofunctional applications.