杂化交联PAAm/SA双网络水凝胶在多价态离子溶液中的润滑行为

水凝胶因含水量高及生物相容性好,是一种理想的人工软骨替代材料。通过构建杂化交联双网络,水凝胶的力学性能显著提高,但有关其摩擦机理却较少报道。制备了聚丙烯酰胺/海藻酸钠(PAAm/SA)水凝胶,并分别测定了Na~+、Ca~(2+)及Fe~(3+)3种不同价态离子对其弹性模量、含水率、摩擦行为的影响。研究表明,Fe~(3+)溶液中,PAAm/SA的弹性模量为126kPa,是初始模量的14倍。PAAm/SA水凝胶摩擦应力在整个速率范围内较PAAm最大有一个数量级降低。随离子价数的增大,SA和PAAm/SA水凝胶摩擦应力均呈现增大趋势。当浸泡溶液由Ca~(2+)变为Fe~(3+)时,PAAm/SA水凝胶的摩擦行为由混合润滑变为边界润滑。另外,PAAm/SA水凝胶在Fe~(3+)中的摩擦应力对压应力的敏感性随速率增大呈现减小趋势。     

PNaAMPS/PAAm水凝胶在不同pH值水溶液中的力学与摩擦性能

研究了聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠/聚丙烯酰胺(PNaAMPS/PAAm)双网络(DN)水凝胶的溶胀性能、力学性能和摩擦性能。由于H+和OH-对水凝胶分子链构象的影响,不同pH值下DN水凝胶的溶胀度差别明显。DN水凝胶在酸性溶液中的拉伸强度比碱性中有所增强;撕裂时的破坏能在碱性溶液中明显低于酸性溶液;DN水凝胶在碱性溶液中的压缩模量比中性溶液中提高了186.3%。摩擦行为上,酸性溶液中的DN水凝胶摩擦应力值明显高于碱性溶液,随pH值的升高压力随摩擦应力的影响减弱。     

高润滑水凝胶的结构与吸附-排斥作用

水凝胶因具有与天然软骨材料相近的吸水性、高弹性及低摩擦性能,从而成为关节软骨的理想替代材料.介绍吸附-排斥模型及水凝胶的润滑行为,并论述水凝胶的本体结构与水凝胶润滑性能之间的关系.     

3D成型SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦行为

利用3D成型技术,通过先成型后冷冻交联2步法制备不同孔隙率的SiO_2/聚乙烯醇(PVA)水凝胶支架,研究了SiO_2/PVA水凝胶支架的重复摩擦行为,分析了SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦原理。结果表明:SiO_2/PVA水凝胶支架能够保持三维贯通的立体结构,最大孔隙率可达42.3%。低摩擦速率(10-6~10-3 m/s)下,SiO_2/PVA水凝胶支架摩擦力稍高于块体SiO_2/PVA水凝胶,且随孔隙率的提高而稍有降低;而高摩擦速率(10-2~1m/s)下,SiO_2/PVA水凝胶支架和块体SiO_2/PVA水凝胶的摩擦力相近,孔隙率对支架摩擦力影响不明显。低正压力载荷(0.3kPa)下,SiO_2/PVA水凝胶支架重复摩擦性优于块体SiO_2/PVA水凝胶,这与支架结构能保持稳定的水润滑层相关。     

由多聚硅氧烷制备二氧化硅气凝胶

SiO2 气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料。本工作以多聚硅氧烷 (E -4 0 )为硅源 ,用溶胶 -凝胶法制备出了SiO2气凝胶。研究了催化剂、温度、水等因素对其溶胶 -凝胶过程的影响 ;讨论了F离子以及水对E -4 0水解 -缩聚反应的作用机理 ;并用孔径分布测定仪、TEM等方法对其微结构进行了研究。结果表明 :由E -4 0为硅源制备的SiO2 气凝胶骨架颗粒为十几nm ;孔径分布较广 ,其峰值在 3 0nm附近 ,此外 ,还存在几nm的微孔。     

四类关节软骨修复材料的摩擦学性能对比研究

分别在生理盐水和代血浆润滑条件下对聚氨醋(PU),聚酰胺(PA66 )、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚乙烯醇(PVA)水凝胶作为人工关节软骨的摩擦学性能进行了研究,与猪关节软骨进行对比,并用SEM观察样品磨痕表面微观形貌,分析其摩擦机理.结果显示,材料的平均摩擦系数都很小,但都高于天然猪关节软骨(POAC)的摩擦系...     

改性PVA水凝胶的研制及应用性能研究

以聚乙烯醇(PVA)为主要原料,以壳聚糖(CS)、羧甲基壳聚糖(CMCS)、海藻酸钠(CA)为改性原料,研制一种预防暴露性角膜炎的水凝胶。设计了以主要原料和改性原料混合,通过冷冻-解冻制备复合水凝胶材料,并对其进行含水量、拉伸强度、细菌内毒素、无菌、霉斑等应用性能的表征和研究。结果显示,PVA-CS、PVA-CMCS这2种水凝胶材料有很好的抑菌性,且在低剂量的辐照灭菌下获得无菌材料,而PVA-CMCS水凝胶因无气味将更受青睐,在生物工程学领域有较大的应用潜力。     

智能水凝胶制备工艺最新研究进展

水凝胶是一种具有三维网络结构的新型功能高分子材料,其在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、微反应器、催化剂载体等方面有良好的应用前景。综述了水凝胶近几年最新的制备工艺方法,以期为智能水凝胶的实际应用提供参考。另外,对这智能水凝胶目前存在的问题和今后的发展方向提出了一些看法。     

聚乙烯醇水凝胶的制备及性能

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,研究了不同因素对PVA水凝胶力学性能和溶胀特性的影响。结果表明,PVA水凝胶是一种典型的粘弹性材料,在一定应变区内,材料的拉伸模量随应变的增加而增大;拉伸强度和平均拉伸模量随PVA水溶液的浓度和冷冻-解冻循环次数的增加而增强,凝胶的最大拉伸强度和拉伸模量分别为2.27 MPa和0.95 MPa。溶胀特性研究显示,PVA水凝胶在生理盐水中的平衡溶胀比小于其在蒸馏水中的平衡溶胀比;凝胶的平衡溶胀比随浓度和冷冻-解冻次数的增加而下降,其下降趋势满足幂函数的变化规律;水凝胶的溶胀过程符合溶胀动力学方程。     

纤维素/海藻酸钠/明胶复合水凝胶的制备与性能

纤维素作为一种来源丰富的天然高分子材料,具有优异的生物相容性和可降解性,但其难溶特性限制了其应用。文中采用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物(AmimCl)溶解纤维素(Cel),海藻酸钠(SA)与明胶(Gel)混合水溶液作为凝固浴进行纤维素再生,进一步通过浸泡氯化钙(CaCl₂)溶液交联海藻酸钠,制备了一种透明、高强度的复合水凝胶。分别探究了纤维素浓度(3%,4%,5%,6%,7%和8%)及不同的海藻酸钠/明胶质量比(0:10,2:8,4:6,6:4,8:2和10:0)对水凝胶性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和万能材料试验机对水凝胶进行了表征。结果表明,水凝胶中各组分之间的氢键作用及海藻酸钠与Ca²⁺之间的离子相互作用赋予水凝胶优异的力学性能,相比于纯水作为凝固浴制备的再生纤维素水凝胶,强度提高了26.36%。随着纤维素浓度的增加,水凝胶的结晶度和网络结构的致密性增加,水凝胶的力学性能显著提升。此外,海藻酸钠/明胶的比例也对水凝胶的力学性能有显著影响,当海藻酸钠与明胶质量比为6:4时,水...     

高强度水凝胶的制备及其研究进展

水凝胶因其拥有较高的溶胀比和极高的含水率,被广泛应用于各种领域,但力学性能较弱的缺点限制了其在组织工程、软体机器人、可穿戴电子设备等高负载领域的发展。综述了近年来纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、大分子微球复合水凝胶、疏水缔合水凝胶等高强度水凝胶的制备方法及研究进展;讨论了各类型高强水凝胶的特点并指出了目前研究中存在的问题;同时,对高强度水凝胶未来的研究方向进行了展望。     

高强度聚苯胺-聚丙烯酸/聚丙烯酰胺导电水凝胶的制备与性能

将导电聚合物引入到水凝胶网络中的导电高分子基导电水凝胶,因结合了水凝胶的三维网络结构、良好的生物相容性、优异的力学性能等和导电高分子良好电学性能等优点而被广泛研究,特别是以聚苯胺(PANI)为导电高分子的导电水凝胶.但PANI不溶于水,因此很难制备PANI基导电水凝胶.本文以制备高强度PANI基导电水凝胶为目的,尝试将...     

温度敏感性聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)水凝胶的合成及性能研究

采用热化学聚合法制备了聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)水凝胶,并对其溶胀性能进行了研究.研究结果表明,PDMAEMA水凝胶具有温度敏感性,在去离子水中其ICST约为50℃;水凝胶的温度敏感性与介质的pH值有关,在碱性溶液中凝胶表现出典型的温度敏感性,而在酸性溶液中凝胶的溶胀率受温度的影响很小,没有温度敏感性.     

并联高强钢环簧组自复位抗震阻尼器研制与试验研究

该文在高强钢环簧自复位阻尼器的基础上,提出一种并联高强钢环簧组自复位阻尼器。通过滞回试验验证并联环簧组自复位阻尼器在多次地震工况下的抗震性能。试验结果表明,并联高强钢环簧组自复位阻尼器具有良好的自复位能力,可经历多次地震后不出现性能退化,震后无须更换。同采用单组环簧的自复位阻尼器相比,同等尺寸下可有效提高阻尼器承载力,充分利用阻尼器内部空间。环形弹簧接触表面摩擦条件不同对自复位阻尼器的性能有一定影响。该文提出的理论预测模型与试验结果较为吻合。     

Interpenetrating polymer network hydrogel scaffolds for artificial cornea periphery

Three-dimensional scaffolds based on inverted colloidal crystals (ICCs) were fabricated from sequentially polymerized interpenetrating polymer network (IPN) hydrogels of poly(ethyleneglycol) and poly(acrylic acid). This high-strength, high-water-content IPN hydrogel may be suitable for use in an artificial cornea application. Development of a highly porous, biointegrable region at the periphery of the artificial cornea device is critical to long-term retention of the implant. The ICC fabrication technique produced scaffolds with well-controlled, tunable pore and channel dimensions. When surface functionalized with extracellular matrix proteins, corneal fibroblasts were successfully cultured on IPN hydrogel scaffolds, demonstrating the feasibility of these gels as materials for the artificial cornea porous periphery. Porous hydrogels with and without cells were visualized non-invasively in the hydrated state using variable-pressure scanning electron microscopy.     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。     

聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯/聚乙烯醇半互穿网络水凝胶的溶胀行为

以甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过自由基聚合法制备了一系列半互穿网络水凝胶(PDVA)。研究了原料配比对该系列半互穿网络水凝胶最低临界溶解温度(LCST)的影响,以及介质pH值、温度对半互穿网络水凝胶溶胀行为的影响。结果表明,PVDA系列半互穿网络水凝胶的LCST随PVA含量的增加而升高,在酸性和碱性条件下该系列水凝胶的溶胀度与温度之间的变化关系恰恰相反;当温度低于LCST时,水凝胶的溶胀度随介质pH值的增大呈现先增大后减小的变化趋势,而当温度高于LCST时,PDVA系列水凝胶的溶胀度几乎不随介质pH值的变化而变化。     

Fatigue crack growth behavior in weld-repaired high-strength low-alloy steel

Fatigue crack growth properties and Vickers micro-hardness of a weld-repaired high-strength low-alloy steel, known for high strength, low carbon, excellent notch toughness and good weldability and formability, have been studied under the following conditions: as-received high-strength low-alloy, weld-repaired high-strength low-alloy without buffer layer, and weld-repaired high-strength low-alloy with various thickness buffer layers. Those conditions are examined to determine the respective fatigue crack growth behaviors and Vickers hardness distribution, and the effects of different weld-repaired conditions on fatigue characterizations and microscopic features of the fracture and fatigue surface. The extended-compact tension specimen geometry is adopted in this study for all tests. Paris fatigue crack growth curves and the hardness distribution across weld metal, buffer layer and parent metal has been measured together with the relevant scanning electron microscope observations along the fatigue crack growth path, with special attention at and around the interfaces between the weld metal, buffer layer and parent metal. The results show the presence of the BL of a moderate thickness has a significant influence on the fatigue crack growth behavior in the heat-affected zone and around the interface between buffer layer and parent metal. The fatigue resistance of the selected high-strength low-alloy + buffer layer + weld metal tri-metal system is higher than that of the high-strength low-alloy + weld metal bi-metal system.     

壳聚糖透明质酸复合水凝胶的制备及性能

用零长度的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)作为偶联剂和稳定剂制备了壳聚糖基透明质酸复合水凝胶,探讨了溶液pH值对该类水凝胶溶胀性的影响。溶液的pH在4.0时,该类水凝胶的溶胀率最低,升高和降低溶液的pH,该类水凝胶的溶胀率均升高,文中还对水凝胶的降解率进行了研究,实验发现,交联后的水凝胶具有一定的稳定性。包埋在此水凝胶中的牛血清蛋白(BSA)释放随载药介质pH值的变化而显著不同,pH 7.4条件下载药的水凝胶释药率大于pH 1.2条件下的释药率。因此,具有pH敏感性的壳聚糖透明质酸复合水凝胶在药物运输领域具有潜在的应用。     

Writing with Fluid: Structuring Hydrogels with Micrometer Precision by AFM in Combination with Nanofluidics

Hydrogels have many applications in biomedical surface modification and tissue engineering. However, the structuring of hydrogels after their formation represents still a major challenge, in particular due to their softness. Here, a novel approach is presented that is based on the combination of atomic force microscopy (AFM) and nanofluidics, also referred to as FluidFM technology. Its applicability is demonstrated for supramolecular hydrogel films that are prepared from low‐molecular weight hydrogelators, such as derivates of 1,3,5‐benzene tricarboxamides (BTAs). BTA films can be dissolved selectively by ejecting alkaline solution through the aperture of a hollow AFM‐cantilever connected to a nanofluidic controller. The AFM‐based force control is essential in preventing mechanical destruction of the hydrogels. The resulting “chemical writing” process is studied in detail and the influence of various parameters, such as applied pressure and time, is validated. It is demonstrated that the achievable structuring precision is primarily limited by diffusion and the aperture dimensions. Recently, various additive techniques have been presented to pattern hydrogels. The here‐presented subtractive approach can not only be applied to structure hydrogels from the large class of reversibly formed gels with superior resolution but would also allow for the selective loading of the hydrogels with active substances or nanoparticles.