双向冷冻法制备的取向多层MXene/PVA水凝胶的细菌屏蔽作用及对肠道缺损的修复

目的 探究取向多层MXene/聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)纳米复合水凝胶对细菌的屏蔽作用以及对于肠道缺损修复的影响。方法 采用传统冷冻法和双向冷冻冰模板法制备MXene/PVA纳米复合水凝胶。通过扫描电镜扫描以及Micro-CT重建观察不同水凝胶的结构,通过动态流变仪测定水凝胶的流变性能,通过万能材料实验机测定水凝胶的力学性能,通过爆破实验测定水凝胶的爆破压力,通过渗透法观察菌落生长情况以检测水凝胶体外的细菌屏蔽能力。制备大鼠盲肠穿孔动物模型,采用水凝胶进行肠道修复。通过革兰染色观察水凝胶体内的细菌屏蔽能力,通过HE染色观察肠道炎症情况,通过CD31、CD68免疫荧光染色和增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)染色观察水凝胶对肠道缺损的修复作用。结果 扫描电镜结果和Micro-CT重建结果显示传统冷冻法制备的水凝胶为无规多孔结构,双向冷冻法制备的水凝胶为取向多层结构。流变和拉伸结果显示取向水凝胶具有较优的力学性能,且取向多层水凝胶的爆破压力大于非取向水凝胶(P<0.001),达到27 kPa。通过渗透法观察渗透水凝胶的细菌生长情况,发现相比于非取向水凝胶,取向多层水凝胶在体外可有效阻挡大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的渗透;革兰染色结果显示,取向多层结构水凝胶在体内可有效屏蔽肠道细菌进入腹腔。HE染色结果表明取向多层水凝胶在体内可有效减轻肠道炎症,CD31、CD68免疫荧光染色和PCNA染色结果显示取向多层水凝胶在体内对肠道缺损有修复作用。结论 通过双向冷冻法制备的取向多层水凝胶可以有效阻挡细菌的渗透,并减轻肠道炎症。

楔形角度和分散剂对双向冷冻法制备仿生层状陶瓷显微结构的影响

采用双向冷冻铸造技术制备仿生层状氧化铝陶瓷骨架,考察了楔形角度和分散剂对层片取向、层间距及层间矿物桥的影响,并通过陶瓷骨架显微结构分析探讨了二者对层片生长的作用机理。结果表明:通过改变楔形角度可以调控冷冻铸造中横向温度梯度,进而实现陶瓷层片的有序生长;此外,通过引入分散剂改善陶瓷浆料的流动性,能够进一步提高陶瓷层片的有序性,并有助于层间连通矿物桥的生成。当楔形角度为20°时,可以获得长程有序的仿生层状氧化铝陶瓷骨架,并且分散剂的加入使陶瓷骨架的总气孔率略微增大。

应用于多孔气凝胶的冷冻技术

气凝胶是最轻的固体材料,具有实用的机械性能和功能,近年来正迅速扩大应用范围。究其原因,可归因于冷冻铸造(FC)技术。该技术简单、绿色环保,制得的材料具有优异的性能。尽管无机气凝胶、金属气凝胶、聚合物气凝胶和复合气凝胶已通过该方法制备出不同的目标,但FC过程中的定义在现有文献中没有明确,成为阻碍其进一步发展的瓶颈。文章区分了3种不同类型的冷冻方法,并详细介绍单向冷冻铸造、双向冷冻铸造和正交冷冻铸造3种FC技术。

二维少层碳化钛/氧化锌复合材料的制备及其气敏性能研究

通过水热法和化学选择性刻蚀法分别制备一维氧化锌(ZnO)纳米线和二维层状碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x)),采用静电自组装和双向冷冻干燥技术得到超轻少层碳化钛/氧化锌(f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO)复合材料,并利用XRD、SEM、TEM等对样品进行结构和形貌表征。将f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合材料制成气敏元件,考察其气敏性能,并与纯Ti_(3)C_(2)T_(x)进行比较。结果表明,200℃下,Ti_(3)C_(2)T_(x)质量分数为14%的复合材料对100μL/L二氧化氮(NO_(2))的响应值(S=R_(g)/R_(a))达到30.31,相比纯Ti_(3)C_(2)T_(x)提高7.27倍。f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合材料可用作检测NO_(2)气体的新型传感材料。

各向异性纳米复合环氧树脂的制备及性能研究

以银纳米线和海藻酸钠为原料,利用双向冷冻法制备出各向异性气凝胶,并通过原位聚合制备得到纳米复合环氧树脂。通过SEM、TEM、力学测试等手段对气凝胶与复合环氧树脂进行表征。结果表明,气凝胶具有高度有序的层状结构,而海藻酸钠在其中起到关键性作用,该结构赋予气凝胶优异的压缩与导电各向异性性能。以气凝胶为支架制备的复合环氧树脂具有类似于天然贻贝的“砖-砂”结构,其断裂韧性相较于纯环氧树脂提高了33.3%,且同样表现出优秀的导电各向异性性能。这种具有优异机械性能及多功能性的复合材料有望应用于工程领域。

碳化硼-有机硅二维层状复合材料的制备与动态力学性能

科技发展对材料性能提出越来越高的要求,通过对材料内部结构进行有序排列使其在特定方向上实现性能最佳发挥是目前解决高性能应用需求的一个有效的方法。传统单向冷冻技术无法实现二维有序结构的制备。通过双向冷冻方法制备了厘米级的单取向碳化硼(B_(4)C)层状结构支架,在其层间填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备出具有各向异性的碳化硼-有机硅二维层状复合材料。复合材料的A生长面为PDMS和B_(4)C骨架的交替排列结构,B生长面为海浪状的堆叠结构,且层状支架在复合材料中保持着明显的二维有序层状结构。复合材料面内最大动态模量各向异性比可达12.9,动态模量表现出明显的佩恩效应。这种方法为二维层状有序复合材料的制备提供新思路。