合成型两性水凝胶研究进展

两性水凝胶因其良好的环境响应特性,而成为吸水保水材料领域的研究热点。以阴离子单体与阳离子单体共聚制备两性聚电解质水凝胶和内盐型两性离子单体聚合制备聚甜菜碱型水凝胶为重点,介绍了两性水凝胶的制备、溶胀特性以及性能改进等方面的国内外研究现状及发展趋势。

基于超支化聚合物两性水凝胶的制备及性能

通过N-丙烯酰-1,2-乙二胺盐酸盐(ADE)的Michael加成反应制备阳离子超支化低聚物聚N-丙烯酰-1,2-乙二胺盐酸盐(HADE),以HADE为大分子单体,以丙烯酰胺(AAm)和丙烯酸(AAc)为单体,在无需外加有机交联剂的条件下制备具有高机械强度的两性聚电解质水凝胶(HAH凝胶).结果表明,HAH凝胶可以被压缩超过99%的形变而不断裂,压缩强度高达61.2 MPa;HAH凝胶的断裂伸长率和断裂强度分别达到1700%和70.2 k Pa.由于HADE末端伯胺基与强氧化引发剂通过氧化还原反应生成胺自由基和自身结构中的双键同时参与聚合反应,因而为凝胶网络形成提供了必要的化学交联作用.同时HADE结构中胺基正电荷与AAc的羧基负电荷之间的离子交联也为凝胶网络提供了物理交联作用.2种交联作用的协同作用是HAH凝胶具有良好机械性能的根本原因.

以聚氨酯预聚物为交联剂的两性水凝胶

为了改善水凝胶的强度,通过端丙烯酸酯基阴离子型聚氨酯(PU)与甲基丙烯酰氧乙基苄基二甲基氯化铵(MAEBDAC)的共聚交联,合成了系列两性水凝胶(简称L1—L5)。采用差式扫描量热法(DSC)分析了阴阳离子摩尔比为0.3/1(样品L1)、1/1(样品L3)和1.3/1(样品L5)的干凝胶,结果表明,两组分间相容性良好。处于等电点的样品L3中没有微孔结构,且其可冻结水含量仅为总溶胀水量的11.7％,而在样品L1和L5中均具有微孔结构且可冻结水含量增至50％。研究pH响应性表明,水凝胶的响应行为取决于凝胶中过量电荷的性质,外加电介质对样品L3的吸水能力影响较小。凝胶强度随聚氨酯链段的引入而提高。

UV光引发表面接枝两性离子水凝胶层的制备及抗细菌黏附性能

采用聚合和交联的SiO2有机/无机杂化溶胶作为基材,通过与两性离子单体层之间的过渡层,在紫外光作用下引发杂化溶胶和两性离子单体溶液中的双键反应,使生成的杂化层在基材和表面的两性离子聚合物之间形成辅助性黏接作用,从而在基材表面构筑两性离子水凝胶层.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)和接触角测试等方法对所制备的两性离子水凝胶层和杂化层的表面进行了表征.以空白玻璃片为对照样品,以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为试验菌,研究了用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面的抗细菌黏附性能.结果表明,在SiO2杂化过渡层中引入线型—Si—(CH2)2—O—链段可有效提高杂化过渡层对基材的附着力,并改善其柔韧性.与对照样品相比,用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面具有优异的抗菌黏附性能.

微凝胶增强两性复合水凝胶的制备与性能

将核壳微凝胶包埋在两性基质中,制备了复合水凝胶(CAH)。研究发现,利用微凝胶与聚合物链之间的物理缠结作用,可以使复合凝胶具有致密的网络结构,力学性能显著提高;复合凝胶对p H和离子强度敏感,呈现出典型的两性聚电解质凝胶的溶胀行为。同时微凝胶的存在和特殊的复合结构,可赋予CAH两性凝胶基质所不具有的响应性,并实现在高温下快速响应。

具有双重抗菌作用的两性离子水凝胶

合成了一种甲基丙烯酰胺类两性离子单体,采用自由基聚合法制备具有双重抗菌作用的水凝胶。利用1 H-NMR和FT-IR表征单体和水凝胶,考察了水凝胶释放水杨酸的水解曲线。以导入绿色荧光蛋白的大肠杆菌为试验菌,荧光显微镜下观察水凝胶表面的细菌黏附情况;以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为试验菌,研究水凝胶的抗菌性能。结果表明,该水凝胶可有效防止细菌黏附并且通过释放水杨酸实现抗菌性能。

P(SAMPS/MTAC)两性离子型吸水凝胶

选择两种具有强电离基团的烯类单体 ,2 -丙烯酰胺基 - 2 -甲基丙磺酸钠 (SAMPS)和 (3-甲基丙烯酰胺基 )丙基三甲基氯化铵 (MTAC)为共聚单体 ,并以亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了两性离子型吸水凝胶。实验发现 ,凝胶的吸水率随 MTAC含量升高而降低。在多数情况下 ,凝胶在电解质溶液中的溶胀度随溶液中电解质浓度提高而下降。只是当 SAMPS和 MTAC摩尔含量相同时 ,凝胶才表现出所谓的抗电解质溶胀行为 ,即随着溶液中电解质浓度提高 ,凝胶的溶胀度反而升高。此外 。

可控释放冬凌草甲素两性离子水凝胶敷料对脊髓损伤的修复作用

研究可控释放冬凌草甲素两性离子水凝胶敷料对脊髓损伤的修复作用。方法:挑选出42只健康成年的雌性SD大鼠,级别为SPF级,随机分为6组,通过手术制造脊髓损伤模型,每组分别给予PBS(对照组),单纯的冬凌草甲素,单纯的SBMA水凝胶,冬凌草甲素SBMA水凝胶,冬凌草甲素-脂质体-SBMA水凝胶,脂质体-水凝胶。之后于第1、3、7、10、14、21、28、35、42、60天,评价各组不同时间点大鼠的动物行为学活动能力。 结果 使用了冬凌草甲素的3组大鼠动物行为学活动能力改善明显优于其余未使用的老鼠,而使用了冬凌草甲素-脂质体-SBMA水凝胶的大鼠相较于其余的对照组评分更高。 结论 冬凌草甲素对SCI后神经修复具有疗效,而冬凌甲草素-脂质体-SBMA水凝胶不仅对SCI后神经修复有疗效,并且恢复更加迅速且更加稳定。

ICPA水凝胶的电致溶胀/溶蚀行为研究

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸二乙胺基乙酯(DEAEM)形成的离子复合物,通过自由基共聚反应制备了新型离子交联聚两性电解质(ICPA),并获得ICPA水凝胶.ICPA水凝胶在电场作用下具有溶胀/溶蚀的双重响应行为,该行为受电压、电解质种类和浓度等多种因素影响.扫描电镜表征在溶胀阶段,凝胶网络保持完整,不发生溶蚀;而在溶蚀阶段,凝胶的网络结构解体.实验结果表明:凝胶的溶蚀行为与溶胀行为响应程度呈同一变化趋势,凝胶网络的紧密程度(即交联的密度和强度)是其溶胀/溶蚀行为的主要决定因素.

甜菜碱掺杂温敏型水凝胶的制备及表征

本文以海藻酸钠(SA)天然高分子为骨架,甜菜碱(Bet)为两性离子掺杂剂,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温敏性单体,过硫酸钾作为引发剂,制备得到甜菜碱改性温敏性水凝胶。高分子量的海藻酸钠是水凝胶第一网络,温敏性单体通过自由基聚合成为聚N-异丙基丙烯酰胺,构成水凝胶的第二网络。通过红外谱图分析验证复合材料中具备了水凝胶的特征峰;根据扫描电镜的形貌显示为三维网状结构;通过接触角测试,亲水性表现优异,Bet/SA/NIPAM复合水凝胶均保持在20.44°左右。

高强韧自修复聚两性电解质超分子水凝胶

聚两性电解质是指由带正电荷的单体和负电荷的单体无规共聚形成的一类聚合物。这类聚合物的分子链上同时含有正负电荷基团。通过聚两性电解质形成的超分子物理水凝胶(PA凝胶)由于优异的机械性能引起了人们广泛的关注。这类新型水凝胶不但具有高的强度和韧性,还具有抗疲劳和自修复能力,以及良好的生物相容性,因此可以作为一种理想的结构性生物材料来替代人体损伤的组织,如软骨和肌腱等。本文将系统总结影响PA凝胶性能的因素,包括正负离子电荷比、单体浓度和交联剂浓度。此外,我们还将讨论PA凝胶的链结构、增韧机理、自修复机理和断裂行为,并对其在不同领域的初步应用做了简单阐述。最后,我们对PA凝胶研究中还存在的问题和将来一些可能的研究方向进行了简单的总结和展望。