论文部分内容阅读
聚合物水凝胶是一种高水含量的三维聚合物网络。其特殊的生物仿生性、生物相容性、分子链和三维网络结构的柔顺性,以及对外界刺激如pH、离子强度、光照、温度等的响应性吸引了大量的学者对其进行研究。其潜在的应用领域包括组织工程、粘合剂、药物输送、传感器、人工肌肉、软体机器人,能量储存和转换,电化学设备等。然而,传统的水凝胶由于交联和网状结构不均匀以及缺乏足够的能量耗散机制来阻止微裂纹的快速扩展和应力集中,通常表现出较差的机械强度或韧性。在荷载作用下,应力在非均匀网络中的重新分布导致应力迅速集中到网络结构缺陷处。结果就导致裂纹在网络中迅速传播,断裂就产生了,水凝胶的实际应用因此受到严重限制。为了提高水凝胶应用范围,一系列强韧型水凝胶被制备出来,包括双重网络水凝,滑链水凝胶,纳米复合物水凝胶等。但是目前的大部分水凝胶在脱水后由于亲水聚合物链本身的特性变得硬且脆,大大缩小了其应用的领域。另外在药物输送领域,具有机械强度高,并且对一些特殊的亲水性药物如生长因子具有较高包载率的水凝胶仍然是鲜有报道。基于上述思路,本论文进行了以下工作1、一种受水蛭启发的水凝胶/弹性体材料的制备和表征受水蛭功能的启发,首次采用自由基聚合法制备了集水凝胶和弹性体为一体的均质材料。通过4种商用普朗尼克两亲性大分子两端的羟基与丙烯酰氯反应修饰上双键,并在水中自组装形成胶束后加入2-丙烯酸甲氧基乙酯单体,通过与该单体的自由基聚合反应,得到4种含有不同普朗尼克双丙烯酸酯的胶束凝胶(Pluronic/PMEA)。对凝胶的溶胀性,保水性,机械性能以及自愈合性能进行了测定,结果表明所制备的Pluronic/PMEA凝胶溶胀率约为210%,具有良好的保水性。Pluronic/PMEA凝胶在溶胀平衡状态下的压缩试验表明,在85%的应变下,应力可达1.6 MPa。凝胶在脱水后表现为弹性体的性质。单轴拉伸断裂应力为1200 kPa,伸张率为500%,压缩应力大于22MPa。此外,所有的Pluronic/PMEA凝胶在5℃具有40%以上的自愈合效率。2、主客体微球水凝胶的制备和表征以及胶束对生长因子的包载对单甲基封端的聚乙二醇(mPEG)一端修饰上链转移剂三硫代碳酸酯,通过可逆加成-断裂链转移聚合与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体反应得到一种亲水的两嵌段聚合物链。在聚合物PNIPAM一端修饰上双键后,PEG链段与α-环糊精(α-CD)通过主客体的包合形成疏水刚性疏水链段,在水中通过亲疏水作用自组装形成微球。将这种主客体微球与对照组普朗尼克F127胶束进行神经生长因子的包载试验,结果主客体微球包载率超过F127胶束的2倍。进一步将主客体微球作为交联点与丙烯酰胺单体(AAm)聚合得到一种超拉伸的主客体微球水凝胶。对水凝胶的形貌,含水量,溶胀率以及力学性能的表征,结果显示这种水凝胶具有多孔结构,含水量和溶胀率分别为65%,811%。水凝胶表现出超强的拉伸性能,伸长率超过20倍,并且强度高于对照组2倍以上,并且循环拉伸测试表明该水凝胶具有良好的应力耗散机制和回弹性。Pluronic/PMEA凝胶具有制备简便、干态和湿态下都具有优异的机械性能和自愈合等特点。进一步,我们制备的主客体微球实现了对神经生长因子的高效率包载,并且这种胶束同时可以用于水凝胶的机械性能的增强,我们展望两种水凝胶有望用于软体机器人,人工肌肉,以及伤口敷料等领域。