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。

大豆种皮纳米纤维素水凝胶制备工艺优化及性能分析

采用Box-Behnken响应面法优化大豆种皮纳米纤维素水凝胶的最佳制备工艺,并表征其结构和性能。在单因素实验基础上,以纳米纤维素水凝胶的最大应力为考察指标,选取3因素3水平的响应面法优化制备工艺;采用傅里叶红外变换光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外分光光度计等对其结构和性能进行表征。最佳纳米纤维素水凝胶的制备工艺为:凝胶温度191℃、冷冻时间102 h、无水CaCl_(2)浓度7%,在此条件下纳米纤维素水凝胶的最大应力的实际值为84.11 kPa,与预测值83.7 kPa相近。大豆种皮纳米纤维素/海藻酸钠/无水氯化钙(SCNFs/SA/CaCl_(2))水凝胶内部呈现均匀的三维网状结构,并且表现出良好的拉伸性(断裂伸长率220%)、良好的机械强度(83.97 kPa)、透光率(82%)和导电性(1.58 S/cm),并且水凝胶经过5次循环拉伸仍具有良好的机械强度,表现出良好的抗疲劳性,增加了水凝胶的使用寿命。本文为制备一种强韧、透明、导电和抗疲劳的纳米纤维素水凝胶提供了一种新的方法。

超快温度响应性纳米纤维水凝胶的制备及其用于药物的可控释放

先使用N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺合成共聚物,以其为成纤聚合物用静电纺丝工艺制备纳米纤维,然后进行高速搅拌将纳米纤维切短并分散在叔丁醇中,最后进行冷冻干燥和热处理将切短的纳米纤维组装成具有多级多孔结构的纳米纤维水凝胶。这种纳米纤维水凝胶在水中具有良好的稳定性、压缩回弹性和显著的温度响应性。当水介质温度在20~55℃交替变化时它具有超快的温度响应性,达到消溶胀平衡的时间为34 s,达到溶胀平衡的时间为45 s。体外药物释放实验结果表明,当pH值为7.4的磷酸盐缓冲溶液的温度在15~47℃交替变化时,其中浸入的载模型药物葡聚糖的温度响应性纳米纤维水凝胶以"开/关"模式可控释放药物。

纳米纤维素水凝胶的制备与表征及其对猪肉的保鲜作用

为了探究大豆种皮纳米纤维素对水凝胶机械性能和抗疲劳性的影响,并提高水凝胶的综合机械性能。该研究通过-20℃低温循环冷冻-解冻法制备具有可拉伸、强韧、抗疲劳的聚乙烯醇/海藻酸钠/纳米纤维素水凝胶,探究水凝胶对猪肉货架期的影响。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X-射线衍射仪、热重仪和质构仪测定了水凝胶的理化性质和机械性能。研究结果表明,水凝胶内部单体之间以氢键和酯键交联,内部呈现多孔结构,断裂伸长率为230%、压缩强度为70 kPa、拉伸强度为17 kPa,经过多次循环拉伸仍具有良好的机械性能和较高的抗疲劳性。猪肉保鲜试验表明,水凝胶维持了猪肉色泽的稳定性,防止内部水分流失,并且将猪肉的保质期延长至10 d。因此,该水凝胶可用于食品包装以延长冷藏肉制品的保质期。该研究为构建一种可拉伸、强韧、抗疲劳的多功能水凝胶提供了理论依据。

生物相容性纳米纤维素自愈合水凝胶的构建及其性能

针对水凝胶存在力学性能差、受损后性能难以恢复导致使用寿命短,以及有毒交联剂的使用带来生物相容性差的问题,以明胶(Gel)为基质,双醛纳米纤维素(DNCC)为增强相,通过动态亚胺键形成第一重交联网络,并引入单宁(Ta)和四硼酸钠(Borax)形成多重氢键和动态硼酸酯键,基于动态共价键和氢键协同制备了具有三重交联网络的生物相容性纳米纤维素自愈合Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶,并对其结构和性能进行表征。结果表明:Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶具有良好的热稳定性、柔韧性及可注射性,相比于Gel/DNCC水凝胶,其力学性能和胶体黏弹性明显提高,断裂强度从0.138 MPa增加到0.353 MPa,增加了155.7%,储能模量从960 Pa升高到1 550 Pa,提升了61.4%;室温环境下,无需外界刺激,受损的水凝胶能够在1 h内快速愈合,愈合效率达到98%;经质量分数0.5%的明胶纤维素复合物浸提液处理72 h后,成纤维细胞凋亡率小于5%,表明Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶具有良好的生物相容性。

近红外光响应药物缓释的纳米纤维素基水凝胶的制备

纤维素纳米晶体(CNCs)因具有良好的生物相容性,高弹性模量,高机械强度和刚度,高比表面积和高长径比等优异的性质受到了广泛的关注。采用传统的自由基聚合,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为单体,聚多巴胺纳米颗粒(PDA-NPs)作为功能性交联剂以及CNCs作为增强剂制备出的具有近红外光响应的水凝胶。FTIR和XPS等测试验证了PNIPAAm/CNCs&PDA复合水凝胶的成功合成。SEM测试表明PNIPAAm/CNCs&PDA复合水凝胶具有大的孔隙率,且PDA-NPs在复合水凝胶中分布均匀。此外,该复合水凝胶能够在近红外光(NIR)的刺激下加速释放药物,表现出明显的近红外光响应性,且细胞相容性实验表明该复合水凝胶具有优异的生物相容性。因此,此纳米纤维素水凝胶可应用于生物医学领域。

pH响应性纤维素纳米纤丝/海藻酸钠基水凝胶的制备及其释药性研究

将纤维素纳米纤丝(CNF)和海藻酸钠(SA)共混,然后在CaCl_(2)的交联作用下,制得具有pH响应性的CNF/SA水凝胶,并通过物理包裹的方式将阿司匹林(ASP)、CNF和SA三者混合均匀后,在CaCl_(2)的交联作用下制得ASP/CNF/SA载药水凝胶,研究ASP在不同pH值环境中的缓释行为。结果表明,ASP/CNF/SA载药水凝胶的载药量为194 mg/g,包封率达49.9%,且药物分子和水凝胶都保持了很好的热稳定性。ASP/CNF/SA载药水凝胶的药物释放具有pH响应性,药物分子的释放速率随着环境pH值的升高而加快。在pH值为1.5~11.0的缓释条件下,药物的释放行为均为溶蚀作用。

氯离子响应性纳米纤维素荧光水凝胶的构筑

为解决传统PVA复合水凝胶制备过程中使用有毒试剂或需要反复多次冻融能耗高、过程繁琐的问题,以植酸(PA)作为交联剂将荧光纳米纤维素(F-CNCs)与聚乙烯醇(PVA)有机结合,基于多重氢键作用,构建了力学性能好、Cl-响应灵敏的PVA/F-CNCs/PA纳米纤维素荧光水凝胶。基于F-CNCs优异的力学性能、荧光性能、良好的生物相容性及纳米效应,分析了PVA水凝胶良好的荧光性能及Cl-响应性。结果表明:当F-CNCs的含量为0.6 g时,PVA/F-CNCs/PA复合水凝胶的压缩强度提高了150%,且结晶度以及热稳定性均有所提高。PVA/F-CNCs/PA复合水凝胶在低的pH值下对Cl-敏感,荧光淬灭效率在Cl-浓度为0~0.2 mol/L范围内呈线性响应,表明制备得到的纳米纤维素荧光水凝胶在Cl-浓度分析检测、疾病诊断、生物和化学传感器等方面具有潜在应用价值。

可调控结构色互穿纳米水凝胶的合成及凝胶化转变

研究合成了具有温度和pH响应性的PNIPAM/PAphe互穿纳米水凝胶,通过红外光谱、扫描电镜、动态光散射仪、光纤光谱仪等技术,详细研究了互穿纳米水凝胶的结构和形貌、粒径与分散性、温度和pH响应性、结构色调控与光子晶体自组装,以及凝胶化转变行为。根据红外光谱和扫描电镜图确认了两种网络的有效互穿和其良好的单分散性。通过粒径分析可以得到随着PAphe含量的增加,互穿纳米水凝胶的粒径相应增大,但单分散性保持良好。利用温度和pH敏感性实验证明了该互穿纳米水凝胶的智能调控响应性,具体表现为:在温度上升或pH值下降的条件下,其粒径显著减小。结合光纤光谱图,进一步发现该互穿纳米水凝胶能够通过调整粒径大小来实现其结构色的可调控性。更为重要的是,通过试管倒置法发现在相变温度(32℃)以上该纳米凝胶具有从溶胶转变到凝胶的能力,展现了其在高度可调控的光学材料及生物医学领域中的应用潜力。

温度响应性银纳米簇/聚合物水凝胶复合荧光探针用于Cr(Ⅵ)的高灵敏检测

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AAc)为聚合单体,采用无皂乳液聚合法并结合紫外光辐照还原法,制备一种由羧基所修饰的温度响应性聚合物水凝胶纳米微球,并以其为模板来构筑纳米簇材料,所制备的新型Ag纳米簇/聚合物水凝胶复合荧光材料可实现温度和重金属离子Cr(Ⅵ)的双重检测,在生物成像、环境监测等领域具有广阔的应用前景。

智能纳米水凝胶的刺激响应性研究进展

智能纳米水凝胶在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、微反应器、催化剂载体等方面有良好的应用前景。结合本课题组近年来的研究成果,分别介绍了具有温度刺激响应性、pH刺激响应性、光刺激响应性、磁场刺激响应性、分子识别刺激响应性和多重刺激响应性智能纳米水凝胶的研究进展。另外,对这几种智能纳米水凝胶目前存在的问题和今后的发展方向提出了一些粗浅的看法。

光热响应性水凝胶组织工程移植物研究进展

组织工程是一个多学科交叉的领域,旨在除传统的创后/术后组织再生手段(自体移植、异体移植)外,利用现代技术设计和开发特定的生物材料,为组织损伤修复提供新的治疗思路。在组织工程应用的各种生物材料中,水凝胶由于其独特的生物相容性、力学可调性、可降解性、高度亲水性等性质,被广泛应用于生物医学工程领域。其中光热响应性水凝胶除了满足传统水凝胶的特性外,还具有温度可控、智能响应等优点,因此在组织工程、再生医学和药物缓释领域显示出很好的应用前景。然而,目前鲜有对光热响应性水凝胶作为组织工程移植物的系统性总结。概述了近几年来光热响应性水凝胶移植物的研究与发展,包括光热响应性水凝胶的历史背景和实际应用,总结了相关的研究成果并进行了讨论,最后提出了未来可能遇到的挑战并进行了展望,以期促进光热响应性水凝胶在组织工程领域的发展,供相关研究人员参考。

自组装辅助聚合法制备纤维素基温度/pH双敏感性荧光纳米凝胶

通过自组装辅助的一步法制备了具有温度和pH双重响应性的荧光纳米凝胶(FNG).首先设计制备了一种水溶性含双键的荧光单体5-丙烯酰胺荧光素(5-AAF),在水溶性纤维素醚——羟丙基纤维素(HPC)主链上引发5-AAF的接枝共聚,同时由于5-AAF的疏水作用力诱导共聚物发生自组装,并通过双官能团交联剂亚甲基二丙烯酰胺(MBA)的加入使自组装纳米聚集体交联,从而一步制得具有环境响应性的FNG,该过程在水相中进行,具有高效、'绿色'的优点.研究结果表明,改变合成过程中HPC的分子量可调控所得FNG的环境响应性.对FNG环境响应性的研究表明,FNG链段上的亲疏水基团及与水分子间的氢键作用是影响凝胶温度响应性的主要因素.此外,FNG的荧光在中性及碱性溶液中显著加强,在酸性溶液中迅速猝灭.由于FNG的荧光信号对温度和pH的显著敏感性,且具有较低的细胞毒性,因此在荧光标记生物检测及生物微环境的温度/pH检测等领域具有广泛的应用前景.

磁性pH响应型纤维素水凝胶的制备及载药研究

利用沉淀聚合和原位共沉淀法制得四氧化三铁负载的聚（羟丙基纤维素丙烯酸酯-co-丙烯酸）（P（HPCA-co-AA）@Fe_3O_4）水凝胶.研究了羟基（—OH）与丙烯酰氯（AC）的摩尔比和反应时间对羟丙基纤维素（HPC）的乙酰基修饰度的影响,通过FT-IR、^1H-NMR等对产物进行了表征.以水杨酸钠为模型药物,研究了水凝胶在不同pH环境下对药物的可控释放行为.结果表明,水凝胶具有良好的pH响应性,在碱性环境下的溶胀行为使药物释放量明显大于酸性环境下.

半纤维素基pH响应性水凝胶的制备及其药物控释研究

以从玉米芯中提取的水不溶性半纤维素(wis-AGX)(中性单糖组成为:83. 09%木糖、10. 03%葡萄糖、4. 76%阿拉伯糖、0. 76%半乳糖)为原料,在碱性介质中与丙烯酰胺接枝共聚并适度水解,在半纤维素中引入具有pH响应性的聚丙烯酸(PAA)链段,再将共聚物与聚乙烯醇(PVA)溶液共混后以戊二醛交联制备半纤维素基水凝胶。通过核磁共振仪和傅里叶变换红外光谱仪对该水凝胶的化学结构进行表征,利用扫描电子显微镜对水凝胶的形貌特征进行表征,研究了该水凝胶在去离子水和不同pH值环境下的溶胀行为。结果表明,水凝胶具有明显的pH响应性,且在pH值10时溶胀率最高,可达1210%。此外,水凝胶的溶胀率与羧基含量正相关,与戊二醛用量负相关。以茶碱作为模型药物,探讨了其在模拟胃液(pH值1. 2)和肠液(pH值7. 4)介质中的药物释放行为。在6 h内,担载药物后的水凝胶在模拟肠液中的药物累积释放量可达68%,明显高于其在胃液中51%的药物累积释放量,故此水凝胶有明显的药物缓释作用。

纳米银/纳米纤维素复合抗菌应变响应性水凝胶

基于纳米银颗粒(AgNPs)的抗菌导电水凝胶在可穿戴设备、电子皮肤、生物传感器等领域有重要应用,其绿色制造是目前的研究热点之一。纳米纤维素(CNF)因其独特的物理化学性质,在智能水凝胶的制备与应用中得到越来越多的关注。将AgNPs与CNF复合并应用到水凝胶中,有望制备具有良好力学性能的抗菌水凝胶,对水凝胶在智能可穿戴领域中的应用具有重要的指导意义。本文首先以2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化纳米纤维素(TOCNF)为复合基材,AgNO_(3)为银源,通过水热法原位复合制备Ag-CNF复合材料。随后,将Ag-CNF和单宁酸(TA)作为功能性添加剂引入聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶中,制备了具有良好拉伸性能、粘附性、抗菌性和紫外屏蔽性的Ag-CNF/PAM水凝胶,并将Ag-CNF/PAM水凝胶封装制备成应变响应传感设备,研究其电学和传感性能。Ag-CNF/PAM水凝胶在100%的应变循环下能够保持稳定重复的电信号输出,也能够用于手腕动作和头部动作的动作检测,在应变响应传感领域具有良好的应用前景。

载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶研究进展

近年来载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶得到人们的广泛关注。该复合体系通过结合银纳米颗粒与水凝胶,不仅可以利用水凝胶的光学和电学特性,同时也表现出了对温度、pH、介质离子强度的轻微变化以及对某些生物物质浓度变化的快速响应。对近年来载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶的性能和分类方法的研究进展进行了详述,介绍了该复合水凝胶在催化领域、生物医学领域、纳米技术和环境污染物质降解等方面的应用。

魔芋葡甘聚糖和壳聚糖-富里酸纳米颗粒组成的pH值响应性水凝胶的制备

以壳聚糖-富里酸微粒子(chitosan-fulvic acid microparticles,CFMPs)为增强剂,制备一系列魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan,KGM)水凝胶。CFMPs具有较高的表面位密度和含氧官能团,可诱导KGM与CFMPs之间形成氢键相互作用,形成更加致密的网络结构。研究CFMPs对KGM水凝胶网络结构和释放行为的影响。流变学结果表明,各成胶液稳定剪切黏度和动态黏弹性的规律性变化是由于网络结构的加强和较强的相互作用。傅里叶变换红外光谱分析结果证实,CFMPs的羧基(—COOH)与KGM聚合物链上的羟基(—OH)成功形成氢键。扫描电镜图像显示其结构致密,孔隙相互连通。另外,研究了氧氟沙星对KGM/CFMPs水凝胶在人工肠液和人工胃液作用下的体外释药行为。KGM/CFMPs水凝胶由于含质子化胺基团(—NH_(3)^(+)),具有良好的pH值响应性。这些结果表明,KGM/CFMPs水凝胶具有pH值响应性给药系统的潜力。

载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的制备与表征

首先采用自由基溶液聚合法合成了由N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺共聚形成的具有温度响应性的聚合物,然后在不使用还原剂和表面活性剂等小分子化合物的情况下,通过紫外光原位还原聚合物水溶液中溶解的Ag NO3,制得含银纳米粒子(Ag NPs)的纺丝液。最后采用静电纺丝法并结合热处理工艺制备了载Ag NPs的杂化纳米纤维膜。电子显微分析结果表明,制得的膜由无规排列的、直径为452 nm且粗细均匀的纳米纤维组成,粒径约4 nm的Ag NPs均匀地分布在纳米纤维中。膜在水介质中有良好的稳定性和显著的温度响应性。当水介质温度从25℃升高到50℃,其面积收缩率为约50%,相转变温度在38℃左右。

快速响应的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的合成及性能

以羧甲基纤维素的水溶液为反应介质制备了快速响应的温度敏感性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶。利用DSC对其相转变温度进行了表征,并测定了不同温度下达到平衡时水凝胶的溶胀比,研究了水凝胶的去溶胀动力学。结果表明,在聚合/交联过程中羧甲基纤维素的存在对PN IPA水凝胶的相转变温度几乎没有影响;与传统水凝胶相比,该水凝胶的溶胀性能有所提高,并且具有较快的响应速率。