温度响应性水凝胶在骨组织工程中的应用特征

背景:温度响应性水凝胶因具备类似于细胞外基质的结构、对温度具有智能敏感性,被广泛应用于骨组织工程。目的:阐述温度响应性水凝胶产生溶胶-凝胶相变的机制,根据其来源进行分类,总结各类温度响应性水凝胶在骨组织工程领域的应用。方法:由第一作者在中国知网、PubMed数据库检索2000-2024年发表的相关文献,中文检索关键词为“水凝胶,温度响应性水凝胶,骨修复,骨再生,骨组织工程”,英文检索关键词为“hydrogel,thermosensitive hydrogel,bone repair,bone tissue engineering,bone regeneration”,最终选取70篇符合标准的文献进行综述。结果与结论:温度响应性水凝胶的温敏机制根据反应不同可分为负敏感型和正敏感型,其组成主要分为天然聚合物与合成聚合物。目前的研究发现,温度响应性水凝胶除了以传统方式作为支架材料应用于骨组织工程,3D打印支架也逐渐兴起。除此之外,温度响应性水凝胶因自身特性还可应用于三维细胞培养与药物缓释等方面。目前对于温度响应性水凝胶的开发还不够完善,还存在不能精准控制相变温度、缓释速率、机械强度低、生物降解性低等问题,因此,开发出性能更加稳定的温度响应性水凝胶仍是目前应解决的问题。

聚氨酯混凝土力学性能温度响应及机理

研究了聚氨酯混凝土在-25~75℃温度区间的静态和动态力学性能,并采用电子背散射成像和红外吸收光谱研究聚氨酯混凝土力学性能的温度影响机理.结果表明,高温明显降低了聚氨酯混凝土的抗压、抗拉强度和弹性模量,在25~50℃力学性能变化最为显著,轴心抗压强度与弹性模量分别降低超30MPa和1个数量级,因为聚氨酯在该温度区间发生了玻璃态到黏弹态的转变.此外,聚氨酯混凝土的动态力学性能具有频率依赖性,频率从10 Hz提高到120 Hz时,玻璃化转变温度从66.51℃升高到74.41℃.红外光谱验证了氢键化官能团随温度升高而逐渐减弱,表明聚氨酯内部氢键逐渐解离,软硬段微相分离程度降低.

温度敏感型缓/控释肥料的温度响应特征、养分释放性能与温敏机理研究进展

温度是影响缓/控释肥料养分释放特性的重要因素,开发温度敏感型缓/控释肥料可以使肥料养分释放与作物养分需求更加匹配,从而提高肥料利用效率,促进农业可持续发展。本文综述了聚酰胺类、聚醚类、聚酯类、多糖类以及温敏聚氨酯等常见的温敏聚合物材料的来源、类型和机理,详细阐述了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N-乙烯基己内酰胺(PNVCL)、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物(EO/PO)、甲基纤维素和温敏聚氨酯等常见温敏聚合物材料用作温敏缓/控释肥料包膜材料的国内外研究进展,并评估了其在温敏缓/控释肥料中应用的可行性与优缺点。根据温敏特性,将温敏缓/控释肥料分为低临界溶解温度(LCST)响应型和结晶转变温度(Tm)/玻璃化转变温度(Tg)响应型两大类,并详细总结了这两种类型的制备方法、特征、养分释放性能以及分子作用机制。最后,指出温敏型缓/控释肥料的研发尚处于初级阶段,未来应深入开展天然高分子温敏材料的基础研究和创新,筛选绿色可生物降解温敏聚氨酯材料,研发作物和区域专用型温敏缓/控释肥料。

高导热相变水凝胶的制备及温度响应性

传统的相变水凝胶用于温度监测时会面临响应时间长、力学性能不佳、导电性能差、相变焓低等问题。因此,文中以黄原胶和聚乙烯醇为主要原料,利用黄原胶分子的多官能团活性和分散性,对石蜡进行乳化,结合Zn2+和纳米氧化铝的离子导电性和高导热性,制备了兼具高热焓、高导热、高导电和强力学的双网络交联黄原胶/石蜡/聚乙烯醇/硼酸/锌离子/纳米氧化铝(XPPB-Zn^(2+)-Al_(2)O_(3))相变水凝胶。扫描电镜图片显示,相变微粒均匀嵌入到水凝胶的微结构中;力学测试结果显示,双交联网络赋予相变水凝胶优异的力学性能,其拉伸强度达到(0.38±0.01) MPa;差示扫描量热分析显示,水凝胶相变焓高达(180.98±3.12) J/g。此外,相变水凝胶展现出高的导热性,其热传导系数达到(0.558±0.035)W/(m·K),电阻温度系数达到1.23%℃-1,在25~60℃范围内,显示出良好的温度循环稳定性。文中所制备的高性能相变水凝胶在温度监测领域具有良好的应用前景。

pH/温度响应型聚合物PMAA-b-PDMAEMA的合成、性能调控及应用

以甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)为原料,通过原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了两亲性嵌段聚合物聚甲基丙烯酸叔丁酯-b-聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PtBMA-b-PDMAEMA),将其进行水解得到功能可调控的pH/温度双重响应性共聚物PMAA-b-PDMAEMA。采用核磁共振波谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、动态光散射(DLS)及荧光分光光度计等对共聚物的结构及性能进行表征和分析,研究共聚物的嵌段比、分子量及溶液pH对响应性能的调控,并初步考察了共聚物的抗肿瘤潜能。研究结果表明,随着PMAA链段长度增加,等电点向酸性偏移,在等电点时溶液透过率降到最低,表现出良好的pH响应性;温度响应性受溶液pH、分子量及嵌段比的影响,pH越接近等电点、分子量越大,低临界溶液温度(LCST)越低;共聚物与模拟肿瘤细胞膜相互作用后,在pH=5.5酸性微环境下膜中内容物的泄漏率接近100%,实现了对模拟肿瘤细胞的靶向破坏作用,展现了该共聚物良好的环境响应性。

温度响应型水凝胶的生物应用研究

温度响应型水凝胶是目前研究最广泛的一种智能响应型水凝胶,在低温下呈现溶液状态,可以被注射;注射到体内后,体温的刺激使处于溶液状态的水凝胶材料原位凝胶化,覆盖在皮肤/组织表面。主要阐释了温度响应型水凝胶的温度响应机理及其在生物领域中的应用,结合国内外相关研究,讨论了近年来温度响应型水凝胶向临床转化存在的问题及未来研究的方向。

智能钻井液温度响应控制处理剂研究进展

智能钻井液作为一种性能可控的流体,相对常规钻井液体系对复杂地层的适应性更强。地层温度变化为环境刺激的主要方式,因此,温度响应控制处理剂在钻井液中得到广泛应用。文章将钻井液主要的温度响应性控制处理剂类型分为聚合物、纳米材料和膨润土,综述了各类型温度响应型处理剂的合成及控制方式,讨论了其在钻井液中的作用机理、使用范围以及功能特点。最后基于目前温度响应型材料的不足,探讨了未来高性能温度响应控制处理剂的研究发展方向。

温度响应性聚丙烯酸酯分散体的制备及性能研究

为缩短丙烯酸氨基体系高温固化时成膜时间,采用溶液聚合将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)引入到聚合物链段中,制备具有温度响应性的水性含羟基聚丙烯酸酯二级分散体,并采用氨基树脂作为固化剂对分散体进行高温交联固化。结果表明:当温度高于较低临界溶解温度(LCST)时,聚合物链段的亲水性降低,疏水基团占主导地位,胶束结构坍塌,使聚合物从水中分离出来,达到快速失水的效果。固化剂氨基树脂的加入并不影响其LCST,且当水性含羟基聚丙烯酸酯与氨基树脂MR-4608的质量比为8∶1,并在140℃下固化40 min时,涂层的凝胶率达到85.90%,铅笔硬度为3H,附着力为0级,耐水性达到48 h不起泡不脱落,玻璃化转变温度(Tg)和热分解温度均得到提高。

低临界共溶温度可调聚氨酯的合成及温度响应性能研究

温度响应聚合物是一种重要的刺激响应智能材料,在诸多重要领域展现出了巨大的应用价值。本研究合成了一种在水中具有低临界共溶温度(LCST)的温度响应聚氨酯,可以通过向水体系中加入不同质量十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的方式轻松、快速调整其LCST,而无需通过改变反应物中亲水链段和疏水链段的质量比来预先调节。文中同时探究了聚氨酯在水中的温度响应性能,结果表明SDBS可以提高聚氨酯疏水链段在水中的溶解性,防止相互聚集,因此SDBS含量越大,温度响应聚氨酯的LCST越高。

近10年东亚沙尘气溶胶辐射强迫与温度响应

利用一个耦合了在线沙尘模型的区域气候模式RegCM3,对2000-2009年东亚沙尘气溶胶辐射强迫及温度响应进行了数值模拟。结果表明:(1)东亚沙尘气溶胶分布具有明显的地理差异和季节差异,柱含量高值区主要位于塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠,最大值均在1 000mg.m-2以上;从季节分布来看,春季最大,冬季次之,秋季最小。(2)沙尘气溶胶辐射强迫与分布具有较好的对应关系。东亚地区大气顶辐射强迫,春、秋季分别为-1.72W.m-2和-1.17W.m-2;而地表辐射强迫,春、秋季分别为-4.34W.m-2和-2.33W.m-2。(3)沙尘气溶胶使地表温度降低,东亚地区平均地表温度降低,春季为0.154℃,秋季为0.085℃。(4)沙尘气溶胶在不同高度对气温有不同的影响。在对流层下层,沙尘气溶胶使得气温降低,随高度增加,气温降幅逐渐减小;春季在300～400hPa出现升温区,而秋季升温区出现的高度东西差别较大。

火工品换能元直流激励下温度响应特性仿真研究

使用Multiphysics分析软件,建立了半导体桥发火换能元的有限元仿真模型。重点研究A型、B型两种半导体桥发火换能元在直流激励条件下的安全性能和输出性能。对换能元高瞬发点火时的温度响应进行仿真分析,得出两种情况下换能元的温度分布云图,并利用红外热波无损检测技术进行温度检测。对比仿真结果进行分析,获取换能元结构、性能等数据,完善火工品换能元性能检测技术。结果表明,B型半导体桥换能元更符合火工品安全性和可靠性要求。

碳纤维材料双层索非线性自振的温度响应

研究了碳纤维材料双层索非线性自振的温度响应问题.在考虑温度变化的基础上,建立了碳纤维材料双层索的非线性自振控制方程,采用Galerkin原理及L-P法求得了碳纤维材料双层索非线性振动的近似解析解及双层索层间接触力的近似解.在把碳纤维双层索与钢丝双层索比较的基础上,讨论分析了温度、振幅等因素对双层索非线性自振及层间接触力的影响.

温度响应型吡唑醚菌酯微囊的制备与性能表征

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸丁酯(BA)的共聚物为壁材,采用乳液聚合法制备了温度响应型吡唑醚菌酯微囊。通过光学显微镜、扫描电镜、激光粒度分析仪和紫外分光光度计等对该微囊的形貌、粒径、包封率和载药量进行表征,同时采用透析袋法探讨其释放性能,并以斑马鱼为试材测定其对水生生物的急性毒性。结果表明:吡唑醚菌酯微囊呈球形,平均粒径为1.04μm,包封率为78.30%,载药量为15.66%。吡唑醚菌酯微囊具有明显的温度响应性特征,其低临界溶解温度(LCST)为28.2℃,当环境温度高于28.2℃时能够快速释放活性成分,而低于该温度时其释放行为受到抑制。吡唑醚菌酯微囊对斑马鱼急性毒性的LC50(96 h)值为有效成分4.48 mg/L,较吡唑醚菌酯原药的提高了90倍以上,因此能够显著提高吡唑醚菌酯对水生生物的安全性。

基于环境小卫星数据的冰川区积雪面积变化及其与温度响应关系研究

气候变暖导致的冰川退缩问题已引起了广泛关注,青藏高原作为世界第三极,其冰川积雪变化也成为全球变化研究的重要内容.选取了2011年5-9月期间青藏高原扎当冰川及周边区域的HJ-1A/1B多光谱数据共13景,通过最大似然法分类分别提取冰川区积雪面积,并与该区域同期日平均温度数据进行了相关分析.结果表明:2011年5-9月研究区积雪面积呈现先减少后增多的总体变化趋势(由5月的37%,降到6、7月的18%,到8、9月份又回升到21%);积雪面积变化和气温呈现高度负相关.

聚丙烯表面接枝PNIPAAm膜Ⅱ.表面特性和温度响应性研究

通过吸水率和接触角测定研究了聚N 异丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm)接枝膜的温度敏感特性 .尽管非交联型接枝膜和交联型接枝膜的吸水特性没有显著差别 ,但是交联组分的引入确实在一定程度上延缓了接枝膜的失水趋势 ,同时也有利于接枝膜亲水性的提高 .对接枝膜进行接触角研究发现 ,在某临界温度以下 ,接触角随时间的变化表征了探测水滴与膜表面之间的相互作用过程 .为了消除接触角测定过程中水份蒸发造成的影响 ,建立了接触角修正算法和修正经验关系式 ,并发展了一种适合于温度敏感性接枝膜LCST测定的变温实时接触角测定方法 .提出了接枝膜与水滴相互作用过程分为两个阶段的模型 ,并得到交联型PP接枝膜表面性能发生明显变化的临界接枝率为 0 6mg cm2

熔锥光纤耦合器的温度响应

在光通信技术中 ,光耦合器是一类能使传输中光信号在特殊结构的耦合区发生耦合 ,并进行再分配的器件 .本文对单模熔锥光纤耦合器的耦合比与温度的关系进行了研究 .实验表明耦合器的耦合比不但对温度变化敏感 ,而且变化有单调性 .因此 。

土壤源热泵制冷间歇工况土壤温度响应实验研究

在夏热冬暖的广州地区搭建了两种换热器向土壤放热的实验台,换热器埋地深度为30m,实验元件有单U和双U两种型式。连续制冷工况下,通过对两口井内土壤温度变化的研究,结果发现,开机12h后,土壤温度趋于稳定;停机12h后两个埋地换热管处的土壤温度就可恢复约95%,但土壤温度基本得以恢复需要停机81h。在停机12h后地温恢复得极其缓慢,已没有工程应用价值。可见合理选择运行与停机时间有助于提升系统的整体换热能力和地热的综合利用率。通过实验研究发现,间歇工况下双U井单位井深换热量较之连续运行提高了25.6%,单U井单位井深换热量提高了21.8%。

基于ANSYS的相变储能建筑材料温度响应特性的研究

将石蜡相变储能微囊与石膏复合制备了复合建材,检测了复合建材墙体温度对环境温度变化的响应,结果表明,复合建材的温度变化响应曲线达到峰值的时间较常规建材滞后,存在温度相对稳定阶段。通过简化复合建材物理模型建立了传热方程,得到了仿真墙体内层壁温对外层壁温的响应特性,结果表明,常规建材内层壁面温度对外层壁面温度变化的响应基本无滞后现象,且不存在温度相对恒定阶段,而复合建材内层壁面温度对外层壁面温度变化的响应有滞后现象,且存在温度相对恒定阶段,最高温度也较低。由此可知,将相变储能材料引入到建材中,可达到降低建筑物内部温度、减小建筑物空调制冷系统容量的目的,为降低建筑制冷能耗和费用提供了良好途径。

水循环式激光能量计温度响应建模

随着激光技术的飞速发展,激光的输出能量越来越高,带来了激光能量参数测量方面的新问题。为了研究水冷却技术在能量计中的应用,对水循环式激光能量计的热传导过程进行了分析,将非稳态的传热过程离散成连续反馈的微型稳态传热过程,建立了一个计算模型。模型的计算结果表明,能量计输出温度曲线出现了类阻尼振荡特征。探索了曲线特征成因,得到类阻尼振荡现象的主要影响因素为激光辐照区域与无热源区域的比例。根据模型参数搭建模拟装置,通过实验验证了计算得到的曲线特征。

自然环境中混凝土内部温度响应规律

通过理论分析,推导出自然环境温度作用模型和混凝土内温度响应模型,同时,借助不同混凝土及不同深度的混凝土内温度试验,检证模型的合理性。研究结果表明:所建立的理论模型能够较准确地描述自然环境与混凝土内温度变化规律,计算曲线与实测结果有较好的一致性;由于混凝土自身热阻效应,混凝土内温度响应与自然环境温度表现出温度响应波幅、极值和滞后时间等方面的均有差异;低水灰比的混凝土内温度响应较敏感且响应幅值衰减较小,混凝土内温度响应幅值随距表层深度增加而减小。