pH敏感型黄原胶/聚乙烯醇水凝胶的制备与表征

通过化学交联结合物理交联的方法制备了一种pH敏感型的黄原胶/聚乙烯醇(XG/PVA)复合水凝胶,研究了XG与PVA不同质量比、不同交联剂用量及不同冷冻-解冻循环次数对XG/PVA水凝胶溶胀性能和力学性能的影响。结果表明,XG与PVA质量比为1∶5,交联剂环氧氯丙烷用量为5%,冷冻-解冻循环3次时,XG/PVA复合水凝胶内部结构均匀紧密且具有较高的溶胀性能,此时凝胶的弹性模量和压缩强度达到(26.30±0.03)kPa和(134.36±0.43)kPa。并探讨了该实验条件制备的XG/PVA水凝胶的pH敏感性及pH刺激响应性,并以牛血清蛋白(BSA)为模型进行了体外药物释放性能测试及材料生物相容性实验的研究。结果表明,该凝胶具有良好的pH敏感性及pH刺激响应特性,不同pH环境下可实现体外BSA的控制释放,且具有良好的生物相容性,有望用于药物控释载体。     

纳米材料掺杂型聚乙烯醇双交联复合水凝胶的力-化学性质

以聚乙烯醇(PVA)为原料,氧化石墨烯(GO)和羟基磷灰石(HA)为共掺杂物,先以戊二醛作为交联剂,采用化学交联法制备了GO/HA/PVA单网络单交联复合水凝胶,再通过循环冷冻-解冻技术使PVA聚合物链间进一步发生氢键交联,制备得到GO/HA/PVA双网络双交联复合水凝胶。采用HRSEM、XRD表征了水凝胶的微观形貌和晶相结构,并研究了GO与PVA、HA与PVA在不同质量比及不同冷冻-解冻循环次数时制备所得GO/HA/PVA复合水凝胶的力学性能。结果表明:随着GO与PVA质量百分比的增加(0%～2.6%),该凝胶拉伸力学强度不断增强;随着HA与PVA质量比的增加(0.22～1.10),该凝胶的拉伸强度先增强后减弱;随着冷冻-解冻循环次数增加(0次、3次、7次)该凝胶的拉伸强度逐渐增强,弹性模量也逐渐提高。当GO与PVA质量百分比为1.9%、HA与PVA质量比为0.66、冷冻-解冻循环次数N=7次时,制备所得凝胶的拉伸力学性能最优(拉伸强度为695 kPa,断裂应变为286%,弹性模量为78 kPa)。此外,深入研究了不同冷冻-解冻循环次数对水凝胶含水率和溶胀率的影响规律。结果表明:不同冷冻-解冻循环次数(0次、3次、7次)的凝胶含水率为79.3%～81.7%,平衡溶胀率为50.1%～72%,且均在60 min后达到溶胀平衡。该水凝胶有望作为软骨替代材料应用于临床医学领域。     

化学-物理法制备多孔纳米羟基磷灰石/Ⅰ型胶原/聚乙烯醇复合水凝胶及其性能

以纳米羟基磷灰石(n-HA)、Ⅰ型胶原(Ⅰ-Col)、聚乙烯醇(PVA)为原料,采用化学-物理交联法制备人工角膜支架材料。通过对比测试其含水率、孔隙率、力学拉伸性能、扫描电镜及红外光谱,探讨了戊二醛加入浓度和冷冻解冻次数对材料性能的影响。结果表明当m(PVA)∶m(n-HA+Ⅰ-Col)=7∶1,戊二醛浓度为0.04mol/L时,复合水凝胶材料具有较好的综合性能:含水率为70.41%;孔隙率为58.95%;拉伸强度为3.87 MPa;红外分析表明原材料与交联剂之间产生了交联反应;扫描电镜分析表明经冷冻解冻物理交联5次,该复合水凝胶呈均匀三维多孔结构;生物相容性实验测得兔角膜上皮细胞增殖良好,毒性为Ⅰ级,达到国际要求,属于合格医用材料。     

聚乙烯醇/海藻酸钙水凝胶的制备及其力学性能研究

采用冷冻-解冻交联聚乙烯醇(PVA),海藻酸钠(SA)交联Ca2+制备聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/Alg-Ca)互穿网络水凝胶。探究了影响混合水凝胶pH敏感性及平衡溶胀比的原因,考察了冷冻-解冻循环次数、Ca2+浓度、海藻酸钠含量对凝胶弹性模量(E)的影响。利用回归分析建立数学模型,实现对E定量控制,模拟细胞在体内生长的生物物理环境。数学模型模拟的相对误差不超过0.1,可实现对PVA/Alg-Ca互穿网格水凝胶力学性能的定量控制。     

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。     

全物理交联三重互穿网络水凝胶的制备与性能

为提升水凝胶的综合力学力学性能,设计并研究了一种全物理交联三重互穿网络水凝胶.以自由基乳液聚合法,获得疏水缔合交联的聚丙烯酰胺网络,水凝胶一步成型,依次通过冷冻-融化循环、浸没FeCl3溶液分别形成微晶交联的聚乙烯醇网络及离子交联的海藻酸钠网络.获得P(AM-SMA)/PVA/SA三重互穿网络(HMITN)水凝胶.通过...     

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。     

PVA/HA复合双层水凝胶的制备及性能研究

以聚乙烯醇(PVA)、羟基磷灰石(HA)为原料,利用铸造干燥法与冷冻解冻法制备双层仿生软骨,并进行力学性能测试。结果表明:PVA/HA复合双层水凝胶力学性能优于PVA/HA复合水凝胶。利用铸造干燥法,PVA与HA间的交联结合将更加完善,力学性能得到提升。最优的PVA/HA复合双层水凝胶是采用铸造干燥法用PVA浓度为12%的溶液所制备出的双层水凝胶,其压缩弹性模量为(1.29±0.025)MPa,900s时应力松弛达到(60.14±0.64)%,最大形变和永久形变为(246.3±3.05)μm和(69.8±2.96)μm。     

细菌纤维素/聚乙烯醇双网络复合水凝胶的制备与性能研究

利用冷冻-解冻法制备了细菌纤维素（BC）/聚乙烯醇（PVA）双网络复合水凝胶,研究不同BC含量及循环周期对BC/PVA复合水凝胶力学性能和溶胀特性的影响,结果表明,随着BC含量的增多,复合水凝胶的含水率、平衡溶胀比、拉伸强度和压缩强度与普通的PVA水凝胶相比均有一定程度的提高;综合考虑,当BC含量为4%时,各项性能均达到最佳值;随着循环次数的增多,水凝胶内部的物理交联点增多,导致水凝胶的含水率下降,拉伸强度和压缩强度则有明显的上升趋势。SEM观察的结果与之前的分析是一致的。     

聚乙烯醇/聚乙烯基吡咯烷酮复合水凝胶的结构与性能研究

用溶液共混法和冷冻解冻工艺制备聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)二元复合水凝胶,通过红外、XRD、DSC、含水率与溶胀测试等对材料的结构与性能进行分析表征,并研究了材料的力学性能与细胞毒性.结果表明,PVP能与PVA通过化学键合形成分子级混合的PVA/PVP复合水凝胶.PVP含量可以影响PVA水凝胶的结构、结晶度、玻璃化转变温度、吸水率以及力学性能.该复合水凝胶具有高的吸水率和良好的细胞相容性,而且具有类似天然软骨的可渗透性.PVP/PVA复合水凝胶是一种有发展前景的人工软骨替代材料.     

微晶和氢键双增强水凝胶AG/PVA/CB[7]的制备和性能

以天然高分子琼脂糖(AG)为第一物理交联网络、聚乙烯醇(PVA)为第二物理交联网络、七元瓜环(CB[7])为交联剂,制备了双网络AG/PVA/CB[7]水凝胶。使用SEM、FT-IR和XRD等手段表征AG/PVA/CB[7]水凝胶的形貌、结构以及交联方式,研究了这种水凝胶的力学性能、溶胀性能和宏观自愈性能。结果表明：这种凝胶具有高强度和自愈性,高分子链之间通过氢键和微晶共同交联使其机械性能提高;该凝胶的力学性能随着冷冻-解冻次数的增加而提高,交联剂CB[7]的加入也使其力学性能提高,循环5次后其拉伸强度为0.37 MPa,杨氏模量为 0.23 MPa,平衡溶胀率为140%。     

高透明度聚乙烯醇水凝胶的制备、表征及透明机理研究

用二甲基亚砜(DMSO)水溶液通过冷冻/解冻法制备了高透明度聚乙烯醇(PVA)水凝胶,使用差示扫描量热仪(DSC)、紫外吸收光谱、力学性能分析仪、紫外-可见分光光度计等分析了DMSO浓度对聚乙烯醇水凝胶透光率的影响,并表征了PVA水凝胶的含水率、结晶度、力学性能等性质.结果表明,用含量为80%(质量分数)的DMSO水溶液制备的PVA水凝胶得到了高达(99.8±0.2)%透明度,其抗拉强度达到3MPa以上,断裂拉伸率＞600%.研究发现,DMSO与水形成的1DMSO/2H2O网络结构能够限制PVA分子在三维方向的结晶,同时能够促进二维方向PVA晶体的生长.当DMSO含量为80%时,溶液中DMSO与水的比例略＞1:2,存在少量未形成1:2网络结构的DMSO分子,该分子与PVA羟基形成氢键限制了PVA分子在二维方向的结晶,最终导致PVA水凝胶中PVA晶体的体积最小、PVA晶体的数目最多,从而得到了最高的水凝胶透明度和较好的力学性能.     

PVA-海藻酸钠-活性炭共聚物水凝胶氧气渗透性能研究

以海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)为原料,氯化钙、硼酸为交联剂,添加少量活性炭,制备微生物固定化载体的共聚物水凝胶,采用池膜法测定氧分子通过凝胶膜的通量,探讨原料含量、交联剂浓度、交联时间对材料氧气渗透性能的影响.结果表明,PVA浓度为4.0%,海藻酸钠浓度为2.1%,活性炭浓度为0.2%,交联剂为5%氯化钙饱和硼酸溶液,交联时间为15min,制得的PVA-海藻酸钙-活性炭共聚物水凝胶氧气的扩散性能最好.     

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。     

三乙醇胺硼酸酯交联制备聚乙烯醇水凝胶及其吸附性能研究

采用三乙醇胺硼酸酯与聚乙烯醇(PVA)交联反应制备了水凝胶,通过红外光谱和扫描电镜来观察PVA水凝胶结构和形貌进行了表征,并PVA对水凝胶的溶胀性和吸附性进行分析研究。研究结果表明PVA水凝胶内存在较强的氢键作用,部分三乙醇胺接枝在PVA分子链上。三乙醇胺硼酸酯交联10%(质量分数)PVA水溶液时,所得凝胶的溶胀度接近700%。PVA水凝胶内部大孔套小孔相互交织,构成了复杂的不规则孔洞和通道。PVA水凝胶对Cu²⁺的色素去除率最高达91%,最大吸附量为10.2 mg/g,其吸附过程符合Langmuir方程模型,属单分子层吸附。     

离子模板交联法调控聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶的可控变形行为

设计了一种通用的离子模板交联法制备了物理交联高强度聚乙烯醇/海藻酸钠(PVA/SA)水凝胶,并可能通过可控的方式实现PVA/SA水凝胶的三维空间变形.对同一块水凝胶选择性交联,利用PVA/SA和PVA/SA/Fe3+水凝胶具有显著的溶胀性差异的特点,通过两步法引导图案化水凝胶局部溶胀和整体弯曲,发生可控变形,得到特定的...     

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.     

新型PVA/CS/SA复合水凝胶的制备与性能

以聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CS)、海藻酸钠(SA)等天然物料制备PVA/CS/SA复合水凝胶。通过实验推断出不同质量比、不同剂量的交联剂、不同pH、不同反应温度对复合凝胶的作用,结果表明当PVA∶CS∶SA为8∶4∶1时,水凝胶的品貌最优,综合性能达到最佳。红外分析表明,PVA与CS以及SA之间形成了较强的氢键;DSC分析结果表明,PVA/CS/SA复合膜的热稳定性比壳聚糖膜更强。     

高强高韧聚乙烯醇导电水凝胶的结构与传感性能

为了制备高强高韧导电水凝胶,采用能与聚乙烯醇(PVA)形成氢键相互作用的单宁酸(TA)为物理交联剂,以丙三醇和水为共溶剂制备得到具有纳米纤维网络结构的PVA/TA有机水凝胶;通过浸泡1 mol/L硝酸银溶液得到金属络合作用和氢键作用协同增强增韧的导电水凝胶。研究结果表明,当PVA和TA质量比为2:3时,水凝胶中TA与银离子能形成强烈的络合作用,进一步增强了TA与PVA分子链间形成的物理交联网络,凝胶内部形成了更为致密的网络结构,从而赋予导电水凝胶优异的力学性能,其强度、模量和韧性相较于未引入TA的PVA水凝胶分别提高了4.5倍、5倍和5倍。该导电水凝胶用于应变传感时,表现出优异的灵敏性(GF=99.4)、极高的线性度(R²> 0.99)和良好的循环稳定性(>500圈)。     

用于软骨和软骨下骨修复的纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇/聚酰胺66功能梯度材料的制备和表征

利用反复冷冻-解冻法和相分离法,制备出用于软骨和软骨下骨修复的纳米羟基磷灰石(nHA)/聚乙烯醇(PVA)/聚酰胺(PA66)功能梯度材料。研究表面层PVA的力学性能和摩擦学性能,及软骨下骨nHA/PA66(m(HA)∶m(PA66)=1∶1)支架的力学性能及生物学性能。结果表明PVA拉伸强度为1.938MPa,平均摩擦系数在生理盐水及代血浆润滑条件下分别为0.076和0.085;nHA/PA66复合多孔支架孔隙率为80.93%,孔径为50～500μm,压缩强度和压缩模量分别为0.88和15.21MPa,且具有良好的生物相容性。