羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向。目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果。方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶。然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验。将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况。在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果。结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损。

聚乙烯醇/角蛋白/碳纳米管自愈合导电水凝胶的构建

为了进一步提高聚乙烯醇水凝胶的力学性能和导电灵敏性,本文以聚乙烯醇(PVA)为原料,以羊毛角蛋白(KE)和三氯化铝(AlCl_(3))为交联剂,添加碳纳米管(CNT)作为导电载体,制备出具有互穿双网络结构的自愈合导电水凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对PVA/KE/CNT复合水凝胶进行测试分析。结果表明,AlCl_(3)中的Al^(3+)与角蛋白中的—COOH、—OH配位络合促使角蛋白间相互交联形成团簇,同时AlCl_(3)中的Al^(3+)也与PVA中的—OH交联形成紧密结构,增强了水凝胶的强度和韧性,CNT被两种交联结构紧紧包裹并赋予水凝胶导电性能。CNT的加入使复合水凝胶的韧性增加,添加质量分数为4%和5%的CNT可明显提升材料的强度;所制备的水凝胶都具有较好的自愈合性能,在一定范围内的自愈合性能与愈合时长成正比,12 h的愈合时长效果最佳;加入CNT使水凝胶电阻下降,添加质量分数为2%~5%的CNT后水凝胶电阻分别为8.98、4.56、3.81、3.12 kΩ。这种力学性能、自愈性能和导电性能均良好的水凝胶与人体运动检测应用具有天然的柔韧匹配性,在电子皮肤和柔性传感器领域有很好的应用前景。

阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜的制备与表征

背景:骨质疏松症是牙种植治疗的高风险因素,制备缓释阿仑膦酸钠的组织工程支架应用于骨质疏松患者口腔种植手术是当前口腔骨组织工程研究热点。目的:制备阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,表征其缓释性能。方法:(1)采用物理交联法制备不同质量比(壳聚糖与聚乙烯醇的质量比分别为3∶7、5∶5、7∶3)的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜与单纯的壳聚糖、聚乙烯醇水凝胶膜,通过表征水凝胶膜的形貌、水接触角、力学性能、溶胀率与细胞相容性筛选适宜的水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)制备含0,0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的单纯壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,将大鼠骨髓间充质干细胞分别与4组水凝胶膜共培养,通过CCK-8法与CD44免疫荧光染色检测水凝胶膜的细胞相容性。将载药壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜浸泡于PBS中,采用紫外可见分光光度法检测复合水凝胶膜的药物释放性能。结果与结论:(1)表征结果显示,随着水凝胶膜中聚乙烯醇质量的增加,水凝胶膜的结构密度增加、孔隙率减少,水接触角(均在90°以内)、断裂伸长率与抗压强度增大,平衡溶胀率降低,对大鼠骨髓间充质干细胞的增殖均无影响,单纯壳聚糖水凝胶膜可促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,3∶7、5∶5比例复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,单纯聚乙烯醇水凝胶膜、7∶3比例复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,综合以上结果,选择5∶5复合水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)CCK-8检测结果显示,含0.4,1.2 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜无细胞毒性;CD44免疫荧光染色结果显示,含0.4 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,含1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附;含0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜在最初6 h内爆发性释放阿仑膦酸钠,此后均匀稳定地释放阿仑膦酸钠,释放时间达96 h以上。(3)结果表明,5∶5比例的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜具有良好的理化性能、细胞相容性,可以作为阿仑膦酸钠的缓释载体。

功能性聚乙烯醇基水凝胶材料的制备及性能研究

将具备聚集诱导发光性质的四苯乙烯结构单元接枝到聚乙烯醇(PVA)侧链得到本体改性的PVA材料,将含有硼酸结构的抗氧化单体与水溶性单体共聚得到水溶性抗氧化高分子聚合物,将这两种水溶性高分子材料物理混合,构建基于硼酸酯动态键的具有本征聚集诱导发光及抗氧化功能的自愈合水凝胶体系,利用FTIR,~1H NMR,SEM等方法考察了水凝胶的微观结构、荧光性能、机械性能及抗氧化性能。实验结果表明,两种水溶性高分子材料通过硼酸酯动态键可快速形成可注射水凝胶,且此水凝胶同时具有聚集诱导发光及抗氧化性能,有望用于荧光传感、药物控释等领域。

海藻酸钠/聚乙烯醇pH指示水凝胶的制备及其对鲜切哈密瓜的新鲜度指示

为制备能稳定且灵敏指示鲜切果蔬新鲜度的指示器,该研究以海藻酸钠和聚乙烯醇为基材,复配甲基红和溴百里酚蓝为指示剂,制备pH显色水凝胶。首先以指示剂添加量、交联剂浓度以及交联时间为影响因素进行单因素试验,以水凝胶的变色灵敏度和力学性能为指标,对水凝胶制备工艺进行优化;然后,对最优工艺制备的水凝胶进行结构表征和性能测定;最后,将其用于鲜切哈密瓜的新鲜度监测。结果表明,指示剂添加量为5%,交联剂质量浓度为7 g/L,交联时间为18 h的条件下制备的水凝胶结构完整,内部呈多孔结构,具有较好的硬度和弹性,在pH 3~11内有良好的颜色响应。将其应用到鲜切哈密瓜的新鲜度指示中发现,在4℃贮藏3 d时,哈密瓜从新鲜转变为次新鲜,此时水凝胶从黄绿色变为橙色。因此,该研究所制备的水凝胶在鲜切果蔬的新鲜度指示中具有较好的应用前景,有助于提高鲜切果蔬的安全性和消费者体验。

软骨修复用聚乙烯醇/壳聚糖复合水凝胶的制备及体外性能研究

以聚乙烯醇和壳聚糖为原料,利用冻融循环法,通过调节聚乙烯醇和壳聚糖的配比、冻融循环次数以及搅拌时间,采用正交试验制备出多组复合水凝胶,进行综合性能评价。结果表明:采用15%聚乙烯醇+1.5%壳聚糖混合搅拌4h,冻融循环5次制备的复合水凝胶具有较强的抗拉强度,适宜的含水率和溶胀率以及良好的血液相容性,对细胞无毒性且适合细胞生长,是一种具有应用前景的软骨修复组织工程材料。

梯度多孔结构和力学性能的聚乙烯醇-单宁酸水凝胶

关节软骨损伤具有进展迅速、难以自愈的特点,水凝胶有望用于该疾病的治疗。基于软骨的分层结构和性能特征,制备了聚乙烯醇-单宁酸梯度水凝胶。扫描电镜观察发现,该水凝胶具有梯度渐变多孔结构,孔密度从水凝胶顶部到底部逐渐增加,孔径为100~300μm;力学试验结果表明,水凝胶的压缩性能呈现与天然软骨相似的梯度变化规律,压缩模量由顶部(0.32 MPa)逐渐增加至底部(0.64 MPa)。傅里叶红外光谱和共振光散射分析表明,单宁酸梯度分布并与聚乙烯醇形成分子间氢键,促进了梯度多孔结构形成和力学性能强化。

棉织物的聚乙烯醇/壳聚糖水凝胶抗菌整理

为提高棉织物的抗菌性能,将聚乙烯醇与壳聚糖溶液共混,以戊二醛为交联剂,制备抗菌水凝胶预聚液,通过浸渍整理制备了水凝胶复合织物。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、热失重分析仪、万能材料拉力机等对整理前后棉织物进行测试与表征。结果表明:聚乙烯醇/壳聚糖水凝胶在棉织物表面形成一层均匀的水凝胶膜;改性棉织物的断裂强度和断裂伸长率略有提高,热稳定性降低,抗菌性能显著提高,对大肠埃希菌和金黄葡萄球菌的抑菌率高达99.9%。

聚乙烯醇复合水凝胶伤口敷料研究进展

近年来,为满足对皮肤伤口治疗的更高要求,聚乙烯醇水凝胶作为一种新型伤口敷料得到了广泛关注。本文选取以聚乙烯醇为基质的各种复合水凝胶伤口敷料,对聚乙烯醇复合水凝胶的制备、结构表征、促伤口愈合效果等方面进行介绍,并对其发展前景进行展望。

聚乙烯醇/壳聚糖水凝胶的辐射制备及其生物相容性研究

以聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)为原料,采用钴-60γ射线辐射制备了PVA/CS复合水凝胶。考察了该复合水凝胶溶胀行为和透明性,并通过扫描电子显微镜(SEM)对水凝胶的微观形貌进行了表征;开展了PVA/CS复合水凝胶的刺激与皮肤致敏试验、全身毒性试验和溶血试验等生物相容性评价。结果表明:将CS引入PVA水凝胶后,PVA/CS复合水凝胶不仅具有良好的透明性,而且达到溶胀平衡时的溶胀度比纯PVA水凝胶提高了7.8倍,达到了248%;与纯PVA水凝胶相比,PVA/CS复合水凝胶网络中的孔洞大小和深度均有所增加。PVA/CS复合水凝胶不仅对兔和豚鼠的皮肤刺激性极小且无致敏反应,而且在浸提液中并无有毒物质析出,对小鼠无急性毒性作用。PVA/CS复合水凝胶溶血率仅为2.6%,具有良好的血液相容性。

还原氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇型抗菌水凝胶的制备与性能

以聚乙烯醇(PVA)、氧化石墨烯(GO)、硝酸银为原料,在不添加引发剂和交联剂的情况下,使用物理交联法(冷冻-解冻法)制得了一系列还原氧化石墨烯(rGO)负载不同质量分数纳米银(AgNPs)/PVA型抗菌水凝胶(rGO-AgNPs/PVA)(PGA-1~PGA-6,阿拉伯数字代表AgNPs的质量分数)。通过FTIR、SEM、TGA、电子万能材料试验机和流变仪对水凝胶的结构、形貌、力学性能和流变性能进行了表征,并对其生物性能进行了测试。结果表明,rGO的加入增强了PVA水凝胶的机械强度,rGO-AgNPs/PVA抗菌水凝胶断裂伸长率比PVA水凝胶提高约60%,拉伸应变达到125%。PVA水凝胶的储能模量和损耗模量均低于rGO-AgNPs/PVA水凝胶;rGO与AgNPs协同抗菌,PGA-3(AgNPs质量分数0.33%)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度分别约为4.5和5.5 mm;相较于PVA水凝胶,rGO-AgNPs/PVA水凝胶的孔洞增多,rGO通过π-π作用形成网络结构,rGO-AgNPs/PVA水凝胶显示出多孔互联的微观结构。

聚乙烯醇海藻酸钠载药复合水凝胶的制备及其抗菌性能

以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)和海藻酸钠(Sodium alginate,SA)为原料,采用循环冷冻-解冻法制备具有半互穿网络结构(SIPN)的PVA SA复合水凝胶并搭载盐酸万古霉素(VAN)。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)和X射线粉末衍射仪(XRD)等仪器对其形貌和结构进行表征,分析PVA/SA@VAN载药复合水凝胶的溶胀度和力学性能,并探究其抗菌性能。结果表明:PVA/SA@VAN载药复合水凝胶均呈现出三维多孔结构,孔隙率在80%以上,在磷酸盐缓冲液中的溶胀度可达1338%,具有良好的力学性能。抗菌实验表明,PVA/SA@VAN载药复合水凝胶对金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果。该研究结果可为载药复合水凝胶在创伤敷料中的应用方面提供参考。

负载石榴皮提取物的聚乙烯醇基水凝胶伤口敷料的制备与表征

以聚乙烯醇(PVA)和羧甲基纤维素钠(Na-CMC)为原料,以丙三醇(GL)水溶液为溶剂,利用循环冻融法制备一种负载石榴皮提取物(PPE)的水凝胶。对水凝胶的化学结构、透光率、抗干燥性、溶胀性、拉伸性能、体外药物释放、抗氧化性及抗菌性进行了研究。结果表明,制备的水凝胶具备较好的抗干燥性,室温下放置72 h仍能保持完整。PPE的加入使水凝胶的透光率降低,溶胀性、拉伸性提高,同时使水凝胶具备良好的抗菌性和抗氧化性。经测试水凝胶中PPE的累计释放率最高可达(67.47±3.75)%,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均具有较好的抑菌性,抑菌圈最大分别为(18.78±0.26)mm、(15.11±0.23)mm,对1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH)的清除率最高可达(93.65±2.27)%。

氯化铝交联双网络聚乙烯醇/角蛋白自愈合水凝胶

水凝胶作为一种特殊的材料形式在自愈合应用方面具有广阔的前景,研发功能更全面、自愈合能力更强的水凝胶很有必要。本工作以AlCl_(3)化学交联聚乙烯醇与角蛋白,构建由氢键网络、Al^(3+)络合网络互穿的双网络结构,制备自愈合性能良好的PVA/KE复合水凝胶。通过红外光谱、扫描电镜、热重分析仪、万能材料拉伸仪对水凝胶的结构和性能进行表征。结果表明:交联剂的增加使水凝胶表面由粗糙变细滑,内部形成孔径范围由大变小、孔型结构由开孔变为紧密的三维多孔结构;双网络结构造成水凝胶特征峰吸收强化和位置偏移,增加水凝胶热降解所需能量,影响热降解行为,使残留物增加,热稳定性改善;氯化铝浓度增大使水凝胶的韧性提高,浓度为2%时断裂强度和断裂伸长率最大,分别为8.28 MPa和163.2%;水凝胶的自愈合和抗疲劳性具有变化的一致性,自愈合效能随着交联剂浓度的增加、愈合时间的延长而增加,愈合时间为12 h且交联剂浓度为2%时愈合效能最好,能够达到89.4%,表现出明显的自修复功能。本研究结果为深入探索水凝胶的自愈合性能奠定了实践基础。

聚乙烯醇导电水凝胶增强剂的研究进展

聚乙烯醇是一种应用极为广泛的水溶性材料,能过通过交联形成水凝胶。聚乙烯醇导电水凝胶具有良好的亲水性、生物可降解性、生物相容性、高结晶性和与纳米纤维素混合的可行性。聚乙烯醇导电水凝胶同时也具有较好的导电性,使得其在生物医学、柔性传感等领域具有广泛的应用前景。综述了聚乙烯醇导电水凝胶在柔性传感领域的最新发展,重点了介绍了导电填料和增强剂,包括聚合物多交联、纳米复合材料、甘油及乙二醇。进一步介绍了此类水凝胶的力学性能和电性能。最后,讨论了聚乙烯醇水凝胶在柔性传感领域面临的挑战和未来展望。

聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂能量性能研究

为了克服传统复合固体推进剂羟基/异氰酸酯类固化体系存在的“惧水”、毒性高及固化成型时间长等缺点,选用聚乙烯醇(PVA)水凝胶替代羟基/异氰酸酯类固化体系制备新型的水凝胶复合固体推进剂,并根据最小自由能原理计算分析了水、固体填料和Al粉的含量以及含能添加剂、新型氧化剂对PVA水凝胶复合固体推进剂能量性能的影响。结果表明,当配方组成为24%H 2O,6%PVA,38%Al粉和32%AP时,聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂的能量性能最佳,比冲为2371 N·s/kg。含能添加剂FOX-12的加入可显著提高推进剂比冲性能,而且对推进剂燃温影响较小,这有利于发动机的设计。当二硝酰胺铵(ADN)逐步取代AP时,推进剂的比冲呈线性上升,当ADN完全取代AP时,推进剂的标准理论比冲达到了2526.9 N·s/kg,比冲增加量为155.9 N·s/kg。

新型聚乙烯醇/聚乙二醇水凝胶热沉性能研究

为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力,采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇(PVA)/聚乙二醇(PEG)复合水凝胶热沉,热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2712 W/m^(2)热流下进行散热性能探究实验,得到了升温特性、蒸发对流强度变化关系和溶胀变化规律。发现加入2.5%质量分数的PEG减小了随循环冷冻次数增加造成的制备变形,减小了75.53%的含水量衰减,同时使芯片表面控温下降7.53%。根据实验结果计算得到了蒸发换热系数,并研究了热流、厚度和湿度对蒸发散热的影响。通过对水凝胶不同温度和使用情况(4 h连续使用及120 d常温储存)下溶胀率的测定,证明水凝胶具备一定的短时使用可靠性,但对温度的敏感响应并不显著。

聚乙烯醇水凝胶的研究进展

主要从水凝胶的交联技术以及添加不同填料(无机粒子、聚合物)来改善水凝胶的性能等方面进行了综述,对不同种类聚乙烯醇水凝胶的制备和改性的最新进展进行了介绍。最后,简要讨论了不同类型的聚乙烯醇水凝胶的优劣以及未来发展方向。

聚乙烯醇水凝胶基柔性应变传感器的研究进展

近年来,对聚乙烯醇水凝胶在柔性传感器的应用进行了深入的研究并取得了突破性的进展。对聚乙烯醇水凝胶的性质进行了介绍,阐述了聚乙烯醇水凝胶应用于柔性应变传感器的优势和局限性。聚乙烯醇水凝胶通过纳米填料修饰水凝胶网络,实现多功能可穿戴应变传感的研究进展受到了广泛关注。重点综述了多种纳米填料如金属、非金属、天然材料、MXene纳米材料、蛋白质、液态金属等,对聚乙烯醇水凝胶机械性能、电导性能和力学性能的影响。最后,对于聚乙烯醇水凝胶用于可穿戴应变传感器的必要性、未来发展的要求以及面临的机遇和挑战进行了总结与展望。

可逆交联聚乙烯醇水凝胶的构筑及其性能评价

基于氢键作用以没食子酸(GA)和聚乙烯醇(PVA)构筑了一种可逆交联的PVA水凝胶。评价了水凝胶的成胶性能、破胶性能和流变性能。结果表明,当GA含量达到30mg/mL,GA与10%的PVA溶液能够交联形成水凝胶,随着GA含量的增加,成胶时间逐渐降低。在一定温度刺激下,水凝胶能够实现破胶,GA含量越高,破胶时间越长,升高温度能够显著降低破胶时间。流变结果表明,随着GA含量的增加,水凝胶的储能模量和耗能模量均增加。当GA含量高于40mg/mL时,水凝胶的强度达到临界值,具有较好的频率稳定性。综上,热可逆性能的PVA水凝胶在油田暂堵领域具有潜在的应用价值。