高强度Poly(AM-co-IA)/Al_2O_3纳米复合水凝胶的制备及形状记忆行为EI北大核心CSCD

以氧化铝(Al_2O_3)纳米粒子作为无机交联剂,丙烯酰胺(AM)和衣康酸(IA)为单体,原位自由基聚合制备了高强度PAI/Al_2O_3纳米复合水凝胶,并提出了水凝胶的交联机理。对纳米复合水凝胶的力学性质、微观结构和溶胀性质进行了表征。结果表明,制备的水凝胶具有优异力学性能,拉伸和压缩强度分别可达477 k Pa和13.45 MPa。此外,PAI/Al_2O_3纳米复合水凝胶还表现出透明的外观,规整的网络结构,较低的溶胀率以及水驱动的形状记忆行为。因此,这种水凝胶在生物医学领域有广阔的应用前景。     

羟基磷灰石纳米纤维增强甲基丙烯酸酐改性明胶复合水凝胶的制备及性能

采用溶剂热法制备了具有超高长径比的羟基磷灰石(HAP)纳米纤维,并将其与甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)结合,利用紫外光交联制备了HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶。通过SEM、XRD、力学测试、溶胀测试、降解测试、细胞培养等对HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶进行结构表征和性能测试。SEM断面观察表明,HAP纳米纤维/GelMA水凝胶呈三维孔隙贯通的多孔结构。力学实验表明,HAP纳米纤维能有效增强水凝胶的弹性模量,且随着HAP纳米纤维添加量的增加,力学性能增强效果越明显。溶胀实验表明,当HAP纳米纤维质量分数为5.2wt%~14.2wt%时,HAP纳米纤维复合水凝胶的溶胀率变化不明显,当质量分数为18.2wt%时,溶胀率降低。降解实验表明,HAP纳米纤维的加入能有效保持水凝胶结构形态,使其更加稳定可控。细胞包裹培养实验表明,HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶能为细胞提供良好的三维生长环境,表现出优良的生物相容性。本实验制备的HAP纳米纤维/GelMA复合水凝胶在组织工程领域有着良好的应用前景。      

Poly(DMAEMA-co-VP)/Fe_3O_4纳米复合水凝胶的制备及性能

以甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)、4-乙烯基吡啶(VP)为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,在Fe_3O_4纳米粒子分散液中原位共聚制备了具有温度、pH、磁场三重响应性的纳米复合水凝胶。对纳米复合水凝胶的溶胀性能、温敏性、pH敏感性、磁场响应性等性能进行了研究,进而考察了纳米复合水凝胶对重金属离子(Cu~(2+))的吸附脱附行为。结果表明,纳米复合水凝胶具有良好的温敏性、pH敏感性和磁场响应性,并且对重金属离子(Cu~(2+))有可逆的吸附-脱附作用。     

聚乙二醇改性纳米纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及性能

通过酸碱处理和机械研磨结合的方法制备纳米纤维素(CNFs),并利用冻融循环法分别制备了聚乙烯醇(PVA)和纳米纤维素/聚乙烯醇(CNFs/PVA)复合水凝胶,以及聚乙二醇(PEG)改性PVA和CNFs/PVA复合水凝胶。考察不同配方下复合水凝胶的微观形貌变化,并对复合水凝胶的溶胀性能、压缩强度及热稳定性能进行研究。结果表明,CNFs与PEG对PVA水凝胶的微观形貌均有改善作用,加入PEG后形成的PEG/PVA凝胶产生明显的三维网络结构。当PEG与CNFs同时加入到PVA凝胶后形成的CNFs-PEG/PVA凝胶具有均匀的互穿孔洞结构,此时复合水凝胶的孔隙率最高((67.5±4.3)%),溶胀度最好(980%),且压缩强度较PVA水凝胶也有所提升。PEG对复合凝胶的热稳定性无影响,而加入CNFs后,CNFs-PEG/PVA复合凝胶的初始热分解温度从235℃上升至300℃,显著提高了PVA凝胶的热稳定性。     

石墨烯/氧化石墨烯基复合水凝胶的研究进展

纳米填料在改善传统聚合物水凝胶力学强度方面展现出显著的优点。石墨烯(GN)及其衍生物作为新型碳纳米材料,是目前制备纳米复合水凝胶的研究热点。重点介绍了GN及氧化石墨烯(GO)基复合水凝胶的制备方法,以及GN/GO对传统水凝胶力学性能、溶胀性能、导电性能及吸附性能改善方面的研究进展及应用,最后展望了其改性传统水凝胶的发展方向及潜在应用。     

细菌纤维素/聚谷氨酸复合水凝胶的辐照制备及性能

采用Co~(60)-γ射线辐照交联法制备细菌纤维素/聚谷氨酸(BC/PGA)复合水凝胶。采用红外光谱和扫描电子显微镜等对复合水凝胶的结构进行表征,研究了BC引入对复合水凝胶的凝胶分数、热失重、溶胀性能、压缩性能和流变性能的影响,并利用CCK-8法对复合水凝胶进行了细胞毒性评价。研究结果表明,辐照作用下BC纳米纤维和PGA形成双交联复合凝胶网络,BC可有效增加复合水凝胶的压缩强度、储能模量(G')和凝胶分数,降低复合水凝胶的平衡溶胀度。50kGy辐照剂量下,相对于纯PGA水凝胶,复合水凝胶压缩强度增大5倍,G'增大10倍。同时复合水凝胶无细胞毒性,可安全应用于生物医学领域。     

高强度温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺/SiO_2纳米复合水凝胶的制备表征及形状记忆行为

使用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)对Si O2纳米粒子(SNPs)进行表面改性,获得带有双键的功能化Si O2纳米粒子(F-SNPs),然后将N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)在F-SNPs分散液中原位自由基聚合,获得了高强度的PNIPA/Si O2纳米复合水凝胶(FS-NC gel)。力学性能测试与溶胀实验结果表明,与使用有机交联剂和未功能化的Si O2纳米粒子交联的水凝胶相比,FS-NC gel的力学性质明显提高,其拉伸强度和压缩强度最高可达205 k Pa和7.8 MPa,同时保持了PNIPA纳米复合水凝胶的快速响应性和温度敏感性。此外,水凝胶还表现出水驱动的形状记忆行为。     

交联方式对半乳糖基温敏凝胶结构和性能的影响

为改善传统化学交联水凝胶的低力学性能、透明度、溶胀度和生物相容性, 以无机纳米粒子硅酸镁锂(LMSH)作为物理交联剂, 半乳糖氨基化的丙烯酸衍生物(GAC)作为生物相容性单体, N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体, 采用原位自由基聚合制备得到兼具温度敏感性和生物相容性的纳米复合水凝胶poly(NIPAM-LMSH-GAC)。结果表明: LMSH在水凝胶基体中被完全剥离, 并起到交联作用; 相比于传统化学交联剂制备的此类水凝胶, 所得物理交联的纳米复合水凝胶具有更高的溶胀度、良好的温敏性、优异的脉冲响应性, 但鼠成纤细胞(L929)在纳米复合水凝胶表面的细胞数量略低; 物理交联剂LMSH的使用和一定量的GAC的使用并没有明显改变水凝胶的体积相转变温度(VPTT), 仍保持在33℃左右。     

纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇复合水凝胶的溶胀性

采用溶液共混合成法制备了纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇(n-HA/PVA)复合水凝胶材料,研究了n-HA含量、冷冻循环次数与复合水凝胶含水率、溶胀比和溶解率之间的关系.结果表明水凝胶含水率、溶胀比和溶解率受冷冻-融化循环次数和n-HA含量的影响.随着n-HA的含量增加,含水率、溶胀比和溶解率逐渐减少.随着冷冻-融化循环次数的增加,含水率和溶解率逐渐降低而溶胀比逐渐增大.     

聚丙烯酰胺/改性纳米纤维素晶体纳米复合水凝胶的光聚合制备与表征

先用马来酸酐对纳米纤维素晶体(NCC)进行表面改性得表面含碳-碳双键的改性NCC(mNCC),然后将丙烯酰胺(AM)和mNCC一起光聚合得PAM/mNCC纳米复合水凝胶;通过红外光谱、扫描电镜、热重分析、差热分析、溶胀实验和拉伸实验研究了水凝胶的结构和性能。结果表明,PAM/mNCC纳米复合水凝胶是一种物理/化学共交联水凝胶;与用质量分数0.25%N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联的PAM水凝胶相比,PAM/mNCC纳米复合水凝胶中的微孔尺寸分布更宽,PAM分子链的起始分解温度和玻璃化转变温度升高;当mNCC的用量占AM质量的5%~10%时,PAM/mNCC纳米复合水凝胶的饱和溶胀率、拉伸强度、断裂伸长率分别为PAM水凝胶的2.1~2.7倍、0.45~1.1倍、3.8~7.1倍。     

交联方式对半乳糖基温敏凝胶结构和性能的影响

为改善传统化学交联水凝胶的低力学性能、透明度、溶胀度和生物相容性,以无机纳米粒子硅酸镁锂(LMSH)作为物理交联剂,半乳糖氨基化的丙烯酸衍生物(GAC)作为生物相容性单体,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体,采用原位自由基聚合制备得到兼具温度敏感性和生物相容性的纳米复合水凝胶poly(NIPAM -LMSH-GAC).结果表明:LMSH在水凝胶基体中被完全剥离,并起到交联作用;相比于传统化学交联剂制备的此类水凝胶,所得物理交联的纳米复合水凝胶具有更高的溶胀度、良好的温敏性、优异的脉冲响应性,但鼠成纤细胞(L929)在纳米复合水凝胶表面的细胞数量略低;物理交联剂LMSH的使用和一定量的GAC的使用并没有明显改变水凝胶的体积相转变温度(VPTT),仍保持在33℃左右.     

CMCS/PNIPA/粘土纳米复合水凝胶的结构与性能

以无机粘土作为交联剂制备了pH/温度双重响应的羧甲基壳聚糖/聚(N-异丙基丙烯酰胺)/粘土半互穿网络(CMCS/PNIPA/Clay semi-IPN)纳米复合水凝胶,对其结构、形态及溶胀行为等进行了研究。实验表明,无机粘土被剥离成纳米尺寸的片层,均匀分散在凝胶网络中,起交联剂的作用,CMCS以线性大分子存在于水凝胶中。CMCS/PNIPA/Clay纳米复合水凝胶在33℃出现体积相转变,与传统PNIPA凝胶一致;当pH值在CMCS的等电点附近时,凝胶的溶胀度出现最小值。     

聚丙烯酰胺磁性水凝胶的互穿改性

将聚丙烯酸钠引入纳米Fe3O4/γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TPM)/聚丙烯酰胺(PAM)磁性复合水凝胶体系中,制备了互穿聚合物网络(IPN)超强磁性水凝胶。采用透射电镜(TEM)、激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)、压缩试验机和样品振动磁强计对Fe3O4纳米粒子的粒径、Pickering乳液的结构及水凝胶的结构与性能进行了测试与表征。结果表明,IPN改性水凝胶在保持原复合水凝胶优异性能的基础上,其断面结构比未改性的更为规整,水凝胶的内部缺陷减少;改性水凝胶的抗压强度可达2.8MPa以上,远高于未改性水凝胶的强度;改性水凝胶需要约50min达溶胀平衡,平衡时的溶胀率为24.9;改性后的水凝胶中Fe3O4纳米粒子的磁性并未受到影响。     

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。     

PEGDA/SA复合水凝胶的制备及性能研究

通过SLA 3D打印和离子交联的方法制备出聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)/海藻酸钠(SA)复合水凝胶。探究了PEGDA和SA不同含量对复合水凝胶溶胀性能、力学性能和热动态分析的影响。溶胀测试结果表明,PEGDA含量的降低或SA含量的上升的均能有效提高水凝胶的吸水速率和平衡溶胀率;压缩性能测试结果表明,SA网络的引入有助于提高凝胶的极限压缩应变和能量耗散性能,PEGDA/SA含量为50/2.5的复合水凝胶极限压缩应变达到30.4%,比相同PEGDA含量的单网络水凝胶提升了45.4%;数字散斑分析结果表明,复合水凝胶的泊松比复合水凝胶的泊松比在0.35~0.5之间;DMA结果标明,复合水凝胶在-20~100℃之间拥有相同的物质结构,SA的加入并没有影响到材料的玻璃化转变温度。     

光敏抗菌型聚乙烯醇-苯乙烯基吡啶盐缩合物/无机蒙脱土复合水凝胶的制备及表征

在聚乙烯醇-苯乙烯基吡啶盐缩合物(PVA-SbQ)的水溶液中均匀分散无机蒙脱土(MMT)凝胶,利用MMT层间阳离子的交换能力吸附亚甲基蓝(MB),通过紫外光交联法制备出光敏抗菌型PVA-SbQ/MMT复合水凝胶,经过冷冻干燥后得到其气凝胶薄膜。借助X射线衍射仪对MMT的晶体结构进行分析。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对PVA-SbQ/MMT复合水凝胶的形貌结构进行分析,最后探究了其吸水溶胀性和对金黄色葡萄球菌(StaphylococcusAureus)的抗菌行为。结果表明:成功制备了PVA-SbQ/MMT复合水凝胶,且MMT在PVA-SbQ中均匀分散;所制备的水凝胶具有良好的溶胀性能;此外,随着水凝胶中MB浓度的增加,对金黄色葡萄球菌的抗菌效果逐渐提高,最高可达99.95%。     

不同条件对PVA/CS复合水凝胶溶胀性能的影响

以聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CS)为原料,戊二醛为交联剂,制备出PVA/CS复合水凝胶载体材料,改变PVA/CS的质量配比、交联剂含量、pH值和温度,考察了不同条件下对复合水凝胶溶胀性能的影响.结果表明,当PVA/CS质量比为3:1、交联剂体积分数为4%时所合成凝胶的溶胀性能较好;随着温度的升高,溶胀度不断减小;凝胶在酸性条件的溶胀性能远远优于碱性条件的溶胀性能.     

丙烯酸纤维素纳米纤丝复合水凝胶颗粒的制备及其性能研究

以丙烯酸纤维素纳米纤丝（ACL-CNF）为聚合轴心，以过硫酸铵（NH₄）₂S₂O₈)为引发剂与丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）通过反相悬浮聚合制备出复合水凝胶微球P（AAACC）。对P（AAACC）的聚合过程、微观形态、溶胀性、机械强度以及耐温耐盐性进行了研究。结果表明，在盐浓度为10%（质量分数）时平衡溶胀倍率为13.59 g/g,在120℃时平衡溶胀倍率为30.15 g/g,与普通水凝胶相比分别提高了2.63倍和3.15倍；复合水凝胶颗粒在压缩比为85%时恢复性为84.8%,而普通水凝胶已经出现破裂；利用TG-DTG分析可以看出ACL-CNF与单体之间发生了共聚反应，并且热稳定性得到了提升；在高温高盐下老化七天后复合水凝胶颗粒的保水率为92.1%与普通水凝胶相比提高了11%,机械强度在去离子水和盐水中分别提升了2.5倍和2.79倍。     

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。