蓝光引发丙烯酸水凝胶的聚合交联动力学

研究了聚丙烯酸(PAAc)水凝胶的蓝光聚合性能及实时光流变行为, 并提出了力学性能相关的经验模型. 以樟脑醌/二苯基碘鎓六氟磷酸盐(CQ/DPI)为蓝光引发体系, 丙烯酸(AA)为单体, 聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂, 450 nm蓝光为辐照光源, 通过光差示扫描量热法(Photo-DSC)和实时光流变法(Photo-rheology)对不同CQ, DPI, AA浓度及光照强度(I)条件下水凝胶聚合前驱液的蓝光聚合性能及交联特性进行了研究. 结果表明, 水凝胶聚合前驱液的聚合速率(R_p)与CQ, DPI和AA的质量分数(w_CQ, w_DPI和w_AA)以及光照强度(I)的平方根均呈线性关系, 由于量子产率的下降及自由体积效应, 在高浓度CQ及DPI条件下, 聚合速率和双键转化率均出现偏离线性的现象. 通过光流变系统对水凝胶前驱液光聚合交联过程中的凝胶特性及交联动力学进行了研究. 经数据拟合发现, 凝胶时间(t_gel)和弹性模量(G')与相关影响因素(w_CQ, w_DPI和w_AA)分别呈现指数和幂律函数关系, 延迟时间(t_d)及交联速率(R_c)与w_CQ, w_DPI, I和w_AA均呈线性函数关系. 根据上述函数关系提出了描述蓝光聚合交联丙烯酸水凝胶力学性能的经验模型.     

光交联自支撑丝素蛋白水凝胶的三维快速成型

将丝素蛋白(SF)光诱导自交联原理与挤出式三维(3D)打印相结合, 开发了光交联自支撑SF水凝胶的原位成型加工技术. 采用旋转流变仪、 光流变测试系统和改装的挤出式3D打印设备等对SF溶液的流变性能、 光交联性能和成型加工性能等进行研究. 结果表明, SF溶液主要表现为黏性特征, 结构强度和稳定性均较差. 利用SF的光诱导自交联特性, 以三联吡啶氯化钌[Ru(Ⅱ)]和过硫酸钾(KPS)为蓝光引发体系, 可实现SF水凝胶的快速光交联成型. SF光交联行为符合指数函数增长模型, 因“滤镜效应”, 当Ru(Ⅱ)的浓度为0.05 mmol/L时, SF具有最佳的光交联性能. 通过调节气压、 针头孔径、 移动速度及固化速率等参数, 采用3D打印设备可实现从单层几何结构到多层三维网络构型SF凝胶材料的高效、 精准构建, 为SF的生物3D打印提供了新思路.