溶液预凝胶化对再生纤维素水凝胶膜性能的影响

研究了溶液预凝胶化对纤维素/NaOH/尿素水溶液体系以浸没沉淀相转化法制备的再生纤维素水凝胶膜的影响.通过静态拉伸、扫描电子显微镜研究了预凝胶化温度、凝固浴温度、凝固浴组成对再生纤维素水凝胶膜结构和性能的影响.结果表明,与常规的浸没沉淀相转化法相比,使溶液预凝胶化可以提高所制备的水凝胶膜的机械性能.经60℃预凝胶30 min后制备的水凝胶膜,拉伸强度比未经预凝胶处理的水凝胶膜提高85%.凝固浴温度的升高和凝固浴中硫酸浓度的增大均会导致形成具有较大孔结构的纤维素水凝胶膜,机械性能也随之下降.     

柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白共混支架的制备及性能研究

众多研究表明，含有三肽基序即精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）的材料有助于细胞在其上的粘附和生长.尽管作为天然蛋白质的柞蚕丝蛋白同样具有RGD序列，但其从柞蚕丝纤维中的再生过程复杂且不易加工成型，因此对此类蛋白质材料的研究较少.我们以水溶液共混的方式，在再生柞蚕丝蛋白中引入了更为常用的桑蚕丝蛋白，通过对桑蚕丝蛋白水溶液特殊有效的醇诱导和冻融方法，成功制备了非水溶性的柞蚕丝蛋白/桑蚕丝蛋白复合支架材料.研究结果显示，随着柞蚕丝蛋白含量增加，共混支架的孔径和强度均有所下降，但其热稳定性上升；FTIR测试表明，尽管柞蚕丝蛋白和桑蚕丝蛋白的一级结构完全不同，但其二级结构在以此方法制备的支架材料中均以β-折叠构象为主.体外细胞培养实验证实，小鼠成纤维细胞和成骨细胞都能在支架上增殖生长，并且共混支架较纯桑蚕丝蛋白支架具有更高的细胞增殖速率，表明其不仅具有良好的生物相容性，而且可能更适用于组织工程领域.     

水溶性高分子弱凝胶体系凝胶化过程的Monte Carlo模拟

为研究弱凝胶的形成过程,并把高分子弱凝胶用于三次采油,采用三维Monte Carlo模拟了高分子溶液凝胶化过程. 模拟预测了凝胶化开始的时间,得到了凝胶化过程中分子量分布的演化规律和胶团生长的三维图像. 发现生成溶胶与凝胶团的歧化过程,初始聚合物的浓度对能否形成凝胶至关重要,低于临界浓度不能形成凝胶. 模拟了凝胶化速度和聚合物浓度以及交联剂浓度的关系,并与粘度随凝胶化时间变化的实验结果进行比较, 结果表明, 聚合物浓度较高时,浓度对交联反应的影响减弱,这一趋势与实验结果相一致.     

正、负离子表面活性剂凝胶化正丁醇

利用正、负离子表面活性剂混合体系月桂酸钠/十六烷基三甲基溴化铵(SL/CTAB)成功实现了正丁醇的凝胶化, 并借助流变仪、扫描电子显微镜(SEM)研究了该凝胶的流变性质和微观形貌. 实验发现, 正、负离子表面活性剂的浓度及混合比例对正丁醇凝胶的形成具有较大影响, 只有在合适的浓度和混合比例下正丁醇才能被有效地凝胶化. 在正丁醇能够形成凝胶的前提下, 固定正、负离子表面活性剂混合体系中某一组分的浓度, 体系的粘度随着另一组分浓度的增加而增大. 流变结果表明该凝胶具有剪切变稀的非牛顿流体特性. 微观形貌的研究表明所形成的凝胶具有典型的三维网络结构, 厚度相对均一的带状纤维是组成网络的结构单元. 进一步的研究表明, 正、负离子表面活性剂碳氢链的疏溶剂作用、极性头基间的静电吸引作用、表面活性剂与正丁醇分子间的氢键作用对凝胶的形成起到重要的作用.     

光聚合水凝胶及其在组织工程中的应用

水凝胶是一种亲水性聚合物网络,可以溶胀大量水,其物理性质接近软组织.光聚合与传统的聚合方法相比,具有反应速率快、反应条件缓和、反应放热低等特点.因此,光聚合水凝胶广泛应用于生物医学领域.本文介绍了光聚合水凝胶材料,并详细论述了光聚合水凝胶在药物释放体系、组织工程支架材料、细胞受控生长、细胞微囊化和可注射水凝胶等方面的应用.可以预见光聚合水凝胶作为生物材料在组织工程及再生医学领域中具有良好的应用前景.     

纤维素基气凝胶型吸油材料的研究进展

近年来,开发"绿色"、可回收的高效吸油材料吸引了国内外学者的广泛关注.纤维素基气凝胶兼具多孔气凝胶型材料比表面积大、孔隙率高的特点以及纤维素材料天然、可再生的优势,对其进行表面疏水化处理后,是一种极具发展潜力的环保型吸油材料.本文分别系统综述了再生纤维素基气凝胶型、天然纤维素基气凝胶型及细菌纤维素基气凝胶型吸油材料的研究进展,并对它们的制备方法和吸油性能进行了归纳总结,最后讨论了当前纤维素基气凝胶型吸油材料研究中存在的问题和今后的研究方向.     

聚丙烯腈溶液的凝胶化研究

聚丙烯腈是用途最广泛的聚合物之一,其溶于适当溶剂中形成的聚丙烯腈溶液是制备聚丙烯腈纤维、渗透膜等高分子材料的原料。聚丙烯腈溶液的物理化学性质对所制备材料的性能有很大的影响。本文对高分子溶液的凝胶化和高分子凝胶的特点做了简要介绍,并介绍了聚丙烯腈及其凝胶的特点。根据高分子浓溶液体系的特点提出用于表征聚丙烯腈溶液凝胶化的主要方法。从浓度和温度对聚丙烯腈溶液凝胶化行为的影响、熟化和非溶剂对聚丙烯腈溶液凝胶化行为的影响、聚丙烯腈溶液凝胶化的热可逆性、聚丙烯腈溶液凝胶化的分形特征以及聚丙烯腈凝胶的交联机理这几个方面对已有聚丙烯腈溶液的凝胶化研究成果和最新进展进行了综述。最后对聚丙烯腈溶液凝胶化和聚丙烯腈凝胶的研究前景做了展望。     

部分水解聚丙烯酰胺弱凝胶交联动力学的流变学分析

用流变学方法对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)苯酚甲醛间苯二酚交联体系的弱凝胶化过程进行了研究,通过对基团转化率和高分子交联转化率的分析,发现凝胶化过程在接近凝胶点时,处于反应动力学的初期,这使得交联点增加的动力学是比较简单的.通过在不同聚合物浓度和交联剂浓度并在地层温度和矿化度条件下线性粘弹性行为的研究,得到了交联体系凝胶化动力学过程的完整数据,发现聚合物浓度与交联剂浓度对凝胶点与凝胶强度的影响比较类似,反映出交联点增加的共同动力学特征.复数粘度在一个诱导期后,是以指数上升的,类似一个一级反应的特征.产生交联的临界聚合物浓度约为250mg L左右.并提出了剪切粘度数学模型,可以描述凝胶化过程中流变性质的变化.     

以微凝胶为基质的杂化材料制备及应用研究进展

水凝胶微球即尺寸较小的球形水凝胶,除了凝胶特性外,其特点主要是具有较小的尺寸和球形形貌。由于其网络结构和快速的刺激响应性,使其作为模板制备具有独特性能的杂化材料而备受关注。本文主要从几个方面阐述了以微凝胶为基质制备杂化材料的方法及其应用。包括了磁性金属氧化物-凝胶杂化材料、金属单质-凝胶杂化材料、生物活性-凝胶杂化材料及功能化的球形和膜状杂化材料,最后介绍了本实验室以微凝胶为基质制备表面图案化杂化材料的方法。     

基于再生丝蛋白水凝胶的研究前沿

再生丝蛋白是从蚕丝中得到的纤维状蛋白质.基于再生丝蛋白的水凝胶在药物控制释放、体外细胞培养、组织工程等多个生物医学领域取得了重要的研究成果,体现了巨大的应用潜力.根据不同的物理及化学条件,再生丝蛋白水凝胶的分子构象可以调节;除了凝胶浓度、化学交联点密度等因素,其凝胶性能还可以通过调节β-折叠构象的含量来控制.本文对再生丝蛋白水凝胶的结构、基本物理化学性质和其在生物医学领域的应用进行综述,为探索新型生物医用材料提供理论指导.     

掺Tb-硅基发光材料制备过程中结构及发光性能

采用溶胶 凝胶技术,制备了不同退火温度下掺Tb3＋的SiO2玻璃,掺Tb3＋的凝胶玻璃在448,544,585,620 nm显示Tb3＋的5D4 7FJ(J=3,4,5,6)的特征发光光谱.通过不同退火温度下样品的激发光谱、发射光谱、红外光谱、远红外光谱及差热 热重谱研究了掺Tb3＋的硅基材料由凝胶向玻璃转变过程中的结构变化及对Tb3＋发光性能的影响.结果显示,在50～100 ℃退火温度下,凝胶大部分吸附水分子被除去,在150～500 ℃退火温度区,是凝胶向玻璃转变的主要结构变化区,并且其发光强度也明显增加,到800 ℃时趋于稳定.这些现象得出一个结论,Tb3＋的发光跃迁被O－H基强烈猝灭而随退火温度的升高而加强.     

以纤维素/AmimCl溶液制备纤维素气凝胶

利用离子液体AmimCl溶解结合超临界CO2干燥的方法制备了纤维素气凝胶材料.研究了不同初始浓度的纤维素溶液及其在不同凝固浴中制备的纤维素凝胶的流变行为,进一步考察了纤维素溶液浓度和凝固浴种类对纤维素气凝胶材料结构的影响.结果表明,随着初始纤维素溶液浓度的增大,气凝胶的孔结构逐渐致密,比表面积随之减小;凝固浴的组成对纤维素气凝胶的结构也有较大影响.采用适当的制备条件,可以制备出高比表面积的纤维素气凝胶材料.对纤维素气凝胶的热性能进行了表征,结果表明所得到的气凝胶材料具有较好的热稳定性和较高的炭残余含量.     

海藻酸盐水凝胶作为递送载体在组织再生中的应用

海藻酸盐是一类存在于褐藻中的线性亲水多糖,由D-甘露糖醛酸(M)和L-古洛糖醛酸(G)以不同比例的重复单元组成.它是用于水凝胶合成的天然生物材料之一,通过简单的离子交联,即可与Ca2+等多价无机阳离子发生"蛋盒反应",形成水凝胶.海藻酸盐骨架上存在大量–OH和–COOH极性基团,通过化学或物理方法对其进行修饰,使其可以在温度、pH、光等刺激的响应下实现细胞或生物活性分子的可控释放.目前组织再生领域的主要应用策略之一是利用生物相容性材料,结合生物活性分子和细胞,以促进受损组织的再生.水凝胶材料在保护嵌入的细胞并模仿天然细胞外基质方面具有潜力.海藻酸盐也因为其易于凝胶化和良好的生物相容性,被广泛用于组织再生领域.本综述中,我们总结了用于组织再生,特别在伤口愈合、骨和心脏修复领域的海藻酸盐水凝胶的不同交联方法,重点分析了对刺激具有响应性的海藻酸盐水凝胶的特征以及其作为递送载体在组织再生中的应用.     

低温水凝胶力学性能的研究

本文采用单向压缩和单向拉伸法测定了聚乙烯醇(PVA)低温水凝胶的力学性能。结果表明,其机械强度随凝胶浓度和冷冻时间的增加而增强。得到弹性模量与凝胶浓度的关系符合标度律。说明采用低温处理方法可使PVA水溶液凝胶化,制得含水量高、具有较高强度、类似于橡胶的弹性材料,认为其力学强度来自于物理交联网络的贡献。     

纳米Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+, Na+荧光粉的合成和红色发光性质

采用溶胶-凝胶法在较低温度下合成了Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr^3＋,Na^＋纳米荧光粉.金属离子预先分散在溶有柠檬酸的乙二醇溶液中.通过TG-DSC,XRD和SEM对前驱物的分解、晶化和颗粒大小进行了研究.TG-DSC和XRD表明材料的组成随灼烧温度而变化;SEM表明1000 ℃合成材料的粒径在100 nm以下.与高温固相法合成的材料相比,激发光谱主峰发生蓝移,红色发射峰617 nm显著增强.     

温敏性PCL-PEG-PCL水凝胶的合成、表征及蛋白药物释放

考察了温敏性PCL-PEG-PCL水凝胶中聚乙二醇(PEG)及聚己内酯(PCL)不同嵌段组成对其溶胶-凝胶相转变温度以及亲水性药物(牛血清白蛋白, BSA)释放速率的影响. 采用开环聚合法, 以辛酸亚锡为催化剂、PEG1500/PEG1000为引发剂, 与己内酯单体发生开环共聚, 合成了一系列具有不同PEG和PCL嵌段长度的PCL-PEG-PCL型三嵌段共聚物. 通过核磁共振氢谱及凝胶渗透色谱对其组成、结构及分子量进行了表征. 共聚物的溶胶-凝胶相变温度由翻转试管法测定. 利用透射电镜、核磁共振氢谱及荧光探针技术证实了该材料在水溶液中胶束的形成. 以BSA为模型蛋白药物, 制备载药水凝胶, 利用microBCA法测定药物在释放介质中的浓度, 研究其体外释放行为. 实验结果表明, 共聚物的溶胶-凝胶相变温度与PCL及PEG嵌段长度紧密相关, 即在给定共聚物浓度情况下, 固定PEG嵌段长度而增加PCL嵌段长度, 会导致相变温度降低; 而固定PCL嵌段长度而增加PEG嵌段长度, 其相变温度相应升高. 水凝胶中蛋白药物的释放速率与疏水的PCL嵌段长度无关, 而与亲水的PEG嵌段长度密切相关, 即PEG嵌段越长, 蛋白药物释放越快.     

掺Tb-硅基发光材料制备过程中结构及发光性能

采用溶胶-凝胶技术 ,制备了不同退火温度下掺 Tb3＋的 SiO2玻璃 ,掺 Tb3＋的凝胶玻璃在 448,544,585,620 nm显示 Tb3＋的 5D4- 7FJ(J=3,4,5,6)的特征发光光谱 .通过不同退火温度下样品的激发光谱、发射光谱、红外光谱、远红外光谱及差热-热重谱研究了掺 Tb3＋的硅基材料由凝胶向玻璃转变过程中的结构变化及对 Tb3＋发光性能的影响 .结果显示 ,在 50～ 100℃退火温度下 ,凝胶大部分吸附水分子被除去 ,在 150～ 500℃退火温度区 ,是凝胶向玻璃转变的主要结构变化区 ,并且其发光强度也明显增加 ,到 800℃时趋于稳定 .这些现象得出一个结论 ,Tb3＋的发光跃迁被 O－ H基强烈猝灭而随退火温度的升高而加强 .     

自由基引发的凝胶化反应的Monte Carlo模拟

基于自由基凝胶化反应的基本原理,在一个具有周期性边界条件的二维网络上,利用动态ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ 方法模拟了聚合物凝胶的自由基凝胶化反应,得到了凝胶的具体结构,研究了总单体浓度（ 单体浓度和交联剂浓度之和） 对凝胶的分形结构和孔径分布的影响．模拟中首次考虑了聚合后单体的运动对凝胶结构的影响．结果表明：考虑聚合后单体的运动,可使所得凝胶网络的分形维数和凝胶化所需的最低浓度均显著小于动力学凝胶化模型和ＤＬＡ 模型的相应值．用移动气泡法得到了凝胶网络的孔径分布,发现凝胶网络中大孔所占百分率明显多于随机纤维网络模型．     

利用离子液体制备纤维素基气凝胶

纤维素基气凝胶材料的研究在近年来吸引了人们极大的关注,这是因为这类新型材料具有通常无机气凝胶的典型结构特点,如超轻、高孔率、高比表面积等,同时具有天然生物质材料的原料丰富、可再生、可生物降解的优点。本文首先简要介绍了纤维素基气凝胶材料及其发展概况,进而主要介绍了以离子液体为溶剂制备再生纤维素基气凝胶的研究进展,包括纤维素基气凝胶的制备方法、结构及其功能性。最后对离子液体法制备的纤维素基气凝胶材料的前景进行了简要的展望。     

用于软骨修复的水凝胶*

在软骨组织修复与再生中,水凝胶支架能够为细胞的增殖与分化提供更接近于天然软骨细胞外基质的微环境,是软骨组织修复的一种理想材料。本文介绍了近年发展起来的一些具有新结构和新性能的水凝胶,包括高强度水凝胶以及结构中包含功能蛋白和多肽的水凝胶。重点介绍了对温度、pH值及对生物分子产生响应的刺激响应型水凝胶和自组装水凝胶。具有α-螺旋结构和自组装水凝胶通过两个或多个卷曲螺旋结构聚集形成水凝胶,而通过多肽自组装形成的具有纤维结构的水凝胶在微观的结构上更接近软骨细胞外基质。此外,DNA的分子和序列也用来设计基于DNA的新型水凝胶。本文最后介绍了能在力学、生物学和可注射性等多方面更好地满足软骨修复需要的复合型水凝胶支架、干细胞与水凝胶的复合以及生长因子、基因和一些力学刺激对软骨再生的促进作用。