葡萄糖响应GO/微凝胶复合水凝胶的制备及性能

为了实现胰岛素对糖尿病患者血糖浓度智能调控,提出以3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)、N,N'-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酰胺(AAm)为单体,70℃下经乳液聚合制备Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)微凝胶。以微凝胶为交联点,氧化石墨烯(GO)为改进剂,制备了GO/微凝胶复合水凝胶。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR),X射线衍谢仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对水凝胶的组成、表面形貌进行表征,粒径分析表明微凝胶的粒径分布均匀、分散性良好。通过称重法对水凝胶的葡萄糖响应性进行测试,结果表明在pH为7.3条件下,水凝胶的响应速率随着葡萄糖浓度的增加而增大。当葡萄糖浓度为40 mmol×L-1,GO/微凝胶复合水凝胶对葡萄糖最大响应溶胀度为18%,响应时间为30 min,载药水凝胶的体外释放结果表明,10 h胰岛素累计释放率可达到52.59%,GO/微凝胶复合水凝胶对胰岛素具有缓释控释作用。

耐低温水凝胶基防刺复合材料的制备及性能研究

为了提升柔性防刺材料的防护效果和智能化水平,通过将水凝胶与芳纶织物进行复合,制备了一种耐低温、抗穿刺且具备应变传感功能的芳纶/水凝胶复合材料,并对水凝胶及其复合材料在25℃和-30℃环境中的拉伸性能、纱线间摩擦性能和准静态钉刺性能进行表征。结果表明:当LiCl质量分数为26%时,经LiCl溶液浸泡后的水凝胶力学性能最佳,由于甘油和LiCl溶液的共同作用,水凝胶及其复合材料在-30℃时均能保持良好的柔韧性。复合材料中芳纶与水凝胶在25℃和-30℃时均呈现了良好的界面结合,最大拔出力相比纯芳纶织物分别提高了1281%和2315%。当环境温度为25℃和-30℃时,复合材料的最大抗穿刺力可达41.92 N和72.25 N,相较纯芳纶织物分别提升了187%和394%。该复合材料在25℃和-30℃下均可实现对于不同弯曲角度(80°、60°、40°和20°)、频率(0.5 Hz、1.0 Hz、1.5 Hz、2.0 Hz)以及弯曲循环500次的稳定传感。

督脉隔药灸联合水凝胶多功能复合敷料对压力性损伤大鼠Nrf2/HO-1/NQO1信号通路的影响

目的观察督脉隔药灸联合水凝胶多功能复合敷料对压力性损伤大鼠创面修复及核因子E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)/血红素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1)/NADPH醌氧化还原酶1(NADPH quinone oxidoreductase 1,NQO1)信号通路的影响。方法选取50只SPF级SD大鼠,随机分为假手术组、模型组、水凝胶敷料组、督脉隔药灸组、联合干预组,每组10只。除假手术组外,其余4组借助压力装置构建压力性损伤大鼠模型。分组干预并记录各组大鼠的压力性损伤修复情况及创面组织病理变化;借助ELISA检测各组大鼠的血清炎性因子肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6以及氧化应激因子丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)水平;Western blot与RT-PCR检测各组大鼠创面肉芽组织Nrf2、HO-1、NQO1、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)蛋白及mRNA的表达水平。结果HE染色结果显示:假手术组皮肤结构未被破坏;模型组创面肉芽组织可见明显的细胞坏死、变性及炎性细胞浸润;干预各组可见创面修复,表现为散在炎性细胞浸润,“气球样”坏死变性明显减少。Masson染色结果显示:假手术组创面皮肤组织胶原纤维较为整齐;模型组创面肉芽组织可见大面积的胶原纤维沉积、紊乱;干预各组可见不同程度的创面修复。与假手术组对比,模型组大鼠血清TNF-α、IL-1β、IL-6、MDA水平和创面肉芽组织Nrf2、HO-1、NQO1、MMP-9蛋白及mRNA的表达水平均升高(P<0.05),而创面修复率、血清SOD、GSH-Px水平均下降(P<0.05);与模型组比较,水凝胶敷料组、督脉隔药灸组、联合干预组的血清TNF-α、IL-1β、IL-6、MDA水平均下降(P<0.05),而创面修复率、血清SOD、GSH-Px水平和创面肉芽组织Nrf2、HO-1、NQO1、MMP-9蛋白及m RNA的表达水平均升高(P<0.05),且联合干预组较其他干预组更优(P<0.05)。结论督脉隔药灸可有效促进压力性损伤的创面修复,与水凝胶多功能复合敷料联合使用效果更佳,其机制可能与督脉隔药灸抑制创面炎性反应及氧化应激,并激活Nrf2/HO-1/NQO1信号通路相关。

环氧树脂-水凝胶软硬复合表界面各向异性摩擦研究

由取向微结构引起的各向异性摩擦学是生物系统中最常见的引起摩擦形式之一.而研究表明,软硬复合的生物表界面在获取各向异性摩擦力时更具有优势.因此,本研究中以最典型的钩状倒刺微结构为研究对象,结合3D打印先进制造技术,通过在仿生取向微结构表界面原位复合低模量的水凝胶材料,获得环氧树脂-水凝胶软硬复合表界面.研究结果表明,水凝胶在Fe^(3+)溶液中的配位交联6 h时,其模量为3.6 MPa,相对于环氧树脂(模量为13.6 MPa)为软材料.在5 N载荷下,仿生表界面正方向摩擦力为1.64 N,反方向摩擦力为3.44 N,其各向异性摩擦力最大差值可达1.80 N.本研究中对软硬复合的生物表界面具有一定的理论指导意义,有望在智能摩擦调控和软体机器人等方面发挥一定的作用.

纳米复合水凝胶在骨关节炎治疗中的优势与特征

背景:纳米复合水凝胶在骨关节炎治疗中有很大的研究前景和应用潜力。目的:综述纳米复合水凝胶在骨关节炎及软骨修复中的研究进展。方法:检索中国知网和PubMed等数据库,英文检索词为“nanocomposite hydrogel,nanogel,osteoarthritis,cartilage,physical encapsulation,electrostatic interaction,covalent crosslinking”,中文检索词为“纳米复合水凝胶,纳米水凝胶,骨关节炎,软骨,物理包覆,物理包载,静电作用,共价交联”。根据纳入与排除标准对所有文章进行初筛后,保留相关性较高的71篇文章进行综述。结果与结论:在细胞或动物实验中,纳米复合水凝胶具有改善骨关节炎的效果。纳米复合水凝胶可以从改善关节间力学环境、搭载靶向药物、促进种子细胞软骨化等方面加速软骨修复,改善骨关节炎症内环境,达到治疗骨关节炎的目的。目前纳米复合水凝胶在骨关节炎疾病中的研究仍有巨大的发挥空间,继续深入材料制备研究,积极开展细胞、动物实验将有望为临床治疗骨关节炎开辟新途径。

生物炭基复合水凝胶的制备及应用研究进展

生物炭基复合水凝胶具有优异的理化性质,近年来在诸多领域有所研究并得到应用。本文综述了生物炭基复合水凝胶的制备方法,如物理交联法和化学交联法;总结了生物炭基复合水凝胶在去除水体污染物、土壤改良、作物增产、缓释肥料和缓解植物重金属胁迫方面的应用,阐明了相关应用机制及作用机理;在此基础上,展望了生物炭基复合水凝胶未来的研究方向,分析了生物炭基复合水凝胶在应用中存在的问题和潜在的风险,并提出了相应建议。

高强度纳米甲壳素复合淀粉水凝胶的制备及其特性研究

以玉米淀粉为原料制备纳米甲壳素复合淀粉水凝胶,探究复合淀粉水凝胶的微观结构、流变特性、溶胀特性和抑菌性。结果表明:以玉米淀粉质量为基准,当纳米甲壳素添加量为15%时,制备的复合淀粉水凝胶特性效果最好,其硬度提高了约0.5倍;在角频率为20rad/s时,其储能模量(G′)增加了42.4%;当剪切速率为20s^(-1)时,其表观黏度提高了48%。微生物试验表明,在直径2.0cm范围内,与玉米淀粉水凝胶相比,纳米甲壳素添加量为20%的复合淀粉水凝胶使酿酒酵母菌菌落数减少了70%,大肠杆菌菌落数减少了60%。

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。

水凝胶复合织物的研究进展

水凝胶复合织物是一种由水凝胶材料与纺织材料结合而成的复合材料。水凝胶复合织物作为一种新兴的复合材料,在近年来引起了广泛关注。这种材料融合了水凝胶和纺织材料的优势,具有独特的特性和广泛的应用前景。本文在对水凝胶复合织物的制备方法及其在环境治理、淡水资源再生、生物医学、功能和智能纺织品等领域的应用进行综述的基础上,提出:增强力学性能,优化材料的配比,降低制备的成本以及推动其规模化生产是水凝胶复合织物材料未来的重要发展方向。

多重非共价相互作用协同构筑κ-卡拉胶基纳米复合水凝胶及其性能

为提高κ-卡拉胶基水凝胶的性能,提出了一种多重非共价相互作用协同构筑κ-卡拉胶基纳米复合水凝胶的方法。在κ-卡拉胶、铝离子和氧化石墨烯(GO)存在下,通过丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)之间的共聚反应以及KCl溶液浸泡过程制备了κ-卡拉胶/聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酸)-Al^(3+)/GO(CA/PAMAA-Al^(3+)/GO)纳米复合水凝胶。分析了制备的CA/PAMAA-Al^(3+)/GO双网状纳米复合水凝胶的化学结构,并评价了其溶胀性能、力学性能、流变性能和自愈性能。结果表明,水凝胶的形成主要依赖于非共价键,如聚合物链与GO之间的氢键、羧基阴离子与Al^(3+)之间的金属配位以及KCl诱导的聚合物链缠结。水凝胶的组成,如GO含量、Al^(3+)含量和AM/AA比例等影响了其溶胀性能、表面形貌和力学性能。AM/AA比例为5/5,Al^(3+)含量为0.20 mmol,GO质量分数为4%(CA/PAMAA_(5/5)-Al^(3+)-_(0.20)/GO-4%)的水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率分别可以达到348.7 kPa和1423%。与纯水凝胶相比,GO的引入显著改善了水凝胶的韧性和自恢复能力。此外,CA/PAMAA/GO水凝胶也具有一定的自愈合能力。因此,该研究为制备性能良好的κ-卡拉胶基水凝胶提供了一种新的策略。

纳米材料掺杂型复合水凝胶柔性应变传感器件制备及性能研究

以聚丙烯酰胺水凝胶为基底材料,通过引入纤维素纳米纤维(CNF)作为分散介质,辅助分散MXene纳米片,从而制备出一系列MXene/CNF/PAM复合水凝胶。进一步对其微观结构、力学性能、电学性能进行表征,并深入分析其作为柔性应变传感器的传感性能。结果表明:当MXene质量分数为2%,CNF质量分数为4%时,所制得的MXene/CNF/PAM复合水凝胶表现出优异的力学性能,如:断裂强度与断裂伸长率分别达到117.76kPa与422.43%,同时具有高电导率(0.247S/m)。其在210%到400%应变范围具有高灵敏度(GF=4.15)、极快的响应时间(74.78ms)和优异的稳定性。该复合水凝胶有望作为柔性可穿戴传感器,在生物医学、人机交互和电子传感等领域得到广泛的应用。

海藻酸钠复合水凝胶的制备及在中药挥发油缓释领域的应用进展

海藻酸钠由于来源广泛、价格低廉,分子中含有大量的羧基、羟基,在较为温和的环境中,能够迅速地构成三维网状结构的水凝胶而受到了人们的广泛关注,但单一的海藻酸钠水凝胶力学性能和力学强度较差。当与其他物质形成复合水凝胶后则因其优异的生物相容性、生物降解性和pH敏感性被广泛应用于敏感药物的缓控释领域。文中主要介绍了海藻酸钠复合水凝胶的相应制备方法和性能,以及在中药挥发油缓释领域的应用进展,同时指出了海藻酸钠复合水凝胶在中药挥发油缓释领域存在的问题及未来主要的研究方向。

基于黑云母粉的复合水凝胶的制备及太阳能水蒸发性能研究

文章以黑云母粉为光热转换材料、聚乙烯醇和壳聚糖为凝胶基底材料,经交联和冻融处理制备基于云母的复合水凝胶。通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及扫描电子显微镜-能量散射X射线光谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)分析技术确定黑云母粉含有铁元素,其质量分数约为3.86%。片层状结构黑云母粉的加入使水凝胶的压缩应力提升1倍以上,显著增强了水凝胶的力学性能。复合水凝胶的太阳能水蒸发速率可以达到1.52 kg/(m^(2)·h)。

高性能多层氧化石墨烯基复合水凝胶的可控合成方法研究

以多层氧化石墨烯(GO)为原料,羟丙基纤维素(HPC)为骨架,采用溶剂热法制备还原氧化石墨烯复合海绵的前驱物——三维还原氧化石墨烯复合水凝胶。考察分散液配比、置换程度、pH、反应时间与温度、HPC添加量等因素对水凝胶成型性的影响。结果表明:分散液中无水乙醇与去离子水最佳配比为1∶1;离心时间30min、置换次数6次时层间水分置换最彻底;pH=8、反应温度210℃、时间14h、HPC添加量10mg时制备效果最佳。

SA/CS/PVA复合水凝胶的制备和吸附性能

以海藻酸钠(SA)为原料,添加壳聚糖(CS)后通过静电聚合形成双网络结构,以聚乙烯醇(PVA)作为功能化材料,利用Ca(II)离子交换法制备出一种由PVA改性的海藻酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶(SA/CS/PVA)。研究发现,SA/CS/PVA呈絮状,用于处理pH为7、浓度为120 mg/L的亚甲基蓝(MB)废水时,吸附30 min即可达到平衡,去除率为95.67%,最大吸附量为134.73 mg/g(298 K)。吸附机理包括静电引力和官能团羟基、羧基络合,吸附过程遵循拟一级、拟二级动力学模型,且与Langmuir等温线模型吻合。

G-Eco-AAc/OTF复合层导电水凝胶的制备及在柔性传感领域的应用

导电水凝胶作为一种高性能聚合物材料,被广泛应用于柔性传感器与储能设备等领域。然而,大多数导电水凝胶均为单层结构,且力学性能较弱。而复合层水凝胶可以通过各层之间的结合,进行力学性能上的互补。因此,需要从水凝胶的结构上进行设计,使其具有优异的力学性能,并具有更多功能。在此,通过原位聚合的方式,将石墨烯层、Ecoflex弹性体和AAc/OTF水凝胶进行聚合,制备了一款兼具黏附性能、力学拉伸性能和导电性能的复合层水凝胶G-Eco-AAc/OTF。由于水凝胶表面羧基、羟基和磺酸基团的存在,该水凝胶材料展示了良好的黏附性。将G-Eco-AAc/OTF复合层导电水凝胶应用于运动传感领域,可对手指、手腕、肘部和膝盖处进行信号的监测,并且测试结果稳定。这为下一代可穿戴柔性传感设备奠定了基础。

离子掺杂型复合导电水凝胶的制备

复合导电水凝胶是近几年导电水凝胶的一个重要研究分支。文章通过在聚N-异丙基丙烯酰胺中掺杂海藻酸钠得到海藻酸钠/聚N-异丙基丙烯酰胺(即SA/PNIPAM)复合水凝胶,在SA/PNIPAM复合水凝胶中掺杂金CuCl_(2)、FeCl_(3)进行进一步的改性,分别测试制备出的复合导电水凝胶的了其导电性能、机械性能、应力/应变传感性能测试。发现海藻酸钠与聚N-异丙基丙烯酰胺的复合导电水凝胶具有良好的机械性能。复合导电水凝胶对于压力反映明显,可用于制备不同传感器,满足不同需求。复合导电水凝胶可以导电,并且导电性能理想,可用于导电材料。

CO_(2)刺激响应球型水凝胶的制备及在蛋白质分离中的应用

以纤维素、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺等为原料制备了纤维素/聚甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯互穿网络复合水凝胶材料(GCel/PD)。GCel/PD材料具有显著的CO_(2)刺激响应特性,能有效地吸附分离牛血清白蛋白(BSA)。其中,对BSA的最大吸附量可达(434.4±15)mg/g。在CO_(2)/N2氛围的循环切换下,GCel/PD材料表现出良好的循环稳定性,在循环使用3次之后,对蛋白质的吸附量仍能达到167.5 mg/g。使用之后,颗粒状GCel/PD便于从体系中分离出来,有望在蛋白质的分离提取方面得到应用。

单宁酸-纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸双网络水凝胶的制备及性能

通过将单宁酸(TA)和纤维素纳米纤维(CNF)嵌入硼砂-聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸(PAA)水凝胶网络,利用一锅法制备了TA/CNF-g-PVA/PAA纳米复合双网络水凝胶。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、溶胀、黏附及生物实验对其进行结构表征和性能测试。结果表明,当TA和CNF的质量比为1:2时,PATCP水凝胶在猪皮上的黏附强度最高达5.64 kPa;PATCP水凝胶还表现出显著的抗溶胀性能,其平衡溶胀率仅为PVA/PAA水凝胶的3/5;PATCP水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈最大宽度分别为17 mm和13 mm;该水凝胶具有一定的自愈合性能,水凝胶溶血率均在2%以下,且水凝胶提取液中细胞存活率均在89%以上,表现出优异的生物相容性。

电磁传导性水凝胶的制备及其性能研究

电磁传导性水凝胶被广泛应用于组织工程、软致动器、药物传递、电磁干扰屏蔽等方面,在生物医学、传感器等领域有着巨大的应用潜力。采用仿贻贝微凝胶氧化还原引发的方式构建具有电磁响应的水凝胶网络。首先采用紫外光微乳液聚合的方法制备仿贻贝微凝胶;其次,以仿贻贝微凝胶和纳米Fe_(3)O_(4)为引发体系,以丙烯酰胺和4-苯乙烯磺酸钠作为小分子单体,以二丙烯酸聚乙二醇酯作为交联剂,采用氧化还原引发聚合的方法构建水凝胶体系,并对水凝胶进行结构表征。结果表明,制备的水凝胶具有一定的弹性且具有电磁传导性能,在柔性可穿戴器件之中有潜在的应用价值。