无机纳米复合水凝胶

近年来,纳米材料由于具有诸多奇特效应而备受关注。将无机纳米粒子与高分子水凝胶复合,可以很大程度地改善传统水凝胶的使用性能,因而成为近年来水凝胶研究领域的热点课题之一。纳米材料的形貌多姿多彩,相同材质不同形貌的纳米材料对复合材料性能有着不同的作用。本文从不同形貌（层状、管状及球状等）的无机纳米材料对复合水凝胶性能影响出发,以无机纳米粒子的形貌分类,综述了当前无机纳米复合水凝胶的研究进展。     

丝素蛋白纤维/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的性能

以丝素蛋白纤维为填充材料,采用自由基聚合的方法制备复合聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPPAm)水凝胶,研究复合水凝胶的黏弹性能、溶胀性能和反复溶胀-收缩性能。结果表明:丝素蛋白纤维的加入改善了复合水凝胶的力学性能,其平衡溶胀率不仅与温度有关,而且与丝素蛋白纤维的含量有关。此外,处在表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间存在间隙,在反复溶胀-收缩过程中可以作为输水通道,有利于水分子进出,提高了PNIPPAm水凝胶对温度的响应速率并使其溶胀-收缩重复性更好。     

氧化石墨烯/聚合物复合水凝胶的研究进展

氧化石墨烯是一种具有单原子厚度的二维材料, 具有优异的力学性能和良好的水分散性, 其表面有大量的含氧官能团. 将氧化石墨烯引入水凝胶体系中可以提高水凝胶的机械性能, 丰富其刺激响应的类型. 目前, 氧化石墨烯水凝胶在高强度、 吸附、 自愈合及智能材料等很多领域均有出色的表现. 氧化石墨烯水凝胶的研究已有10年的历史. 本文总结了氧化石墨烯水凝胶的制备方法, 归纳了智能氧化石墨烯水凝胶在光热响应、 pH响应和自愈合3个方面的响应机理和研究进展, 并综合评述了其在高强度水凝胶、 生物医学、 智能材料和污水处理等方面的应用前景.     

聚乙烯醇/壳聚糖复合水凝胶的物理化学性质

测定了聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)复合水凝胶的平衡含水量、熔融焓、等温溶胀动力学和非等温失水动力学等性质,讨论了水凝胶的组成和制备参数对这些性质的影响.结果显示:PVA/CS复合水凝胶具有适宜于软骨修复替代材料的网络结构和平衡含水量.CS与PVA复合减弱了凝胶的结晶度,但却增强了水与凝胶支架的相互作用.尽管水凝胶力学拉伸强度有所降低,但却优化了凝胶的生物相容性和降解能力.PVA/CS复合水凝胶是一种潜在的软骨修复材料,作为一种理论研究的模型体系,它将促进热力学在复杂医用材料方面的应用.     

黏土基纳米复合水凝胶

介绍了一种以黏土为交联剂的新型纳米复合水凝胶, 重点阐述了水凝胶的结构特点, 制备方法及其特有的力学性能, 自修复性能, 透明度和溶胀性。     

纳米复合水凝胶的研究进展

传统水凝胶存在机械性能差、响应速度慢等缺点,限制了它作为新材料的应用前景。纳米材料具有独特的微观尺度结构和性质,在电子学、光学、机械学、生物学等领域展现出巨大的潜力。将无机纳米材料添加入水凝胶中不但有可能提高水凝胶的机械强度,同时还能赋予凝胶特殊的新性能,如电响应性能、紫外吸收性能、磁敏感性能等。因而纳米复合水凝胶成为近期的研究热点。本文综述了纳米复合水凝胶的增强理论、典型制备方法及其功能化研究进展。     

聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合水凝胶的制备及其性能研究

本文以聚乙烯醇(PVA)、纳米羟基磷灰石(n-HA)和丝素蛋白(SF)为原料,采用物理共混法、反复冷冻解冻法和NaCl粒子制孔法制得了具有三维结构的PVA/n-HA/SF多孔复合水凝胶,以作为人工角膜支架材料。测试了这种多孔复合材料的含水率、拉伸强度和断裂伸长率,并对其进行了红外谱图、X射线衍射光谱、热重及电子扫描显微镜分析。结果表明,丝素蛋白的添加量增加时,多孔复合水凝胶的含水率相应提高,含水率稳定在75～82%之间;其拉伸强度在0.43～1.00MPa之间,断裂伸长率在183.76～237.53%之间,可以达到人体正常状态下眼压要求,其中复合水凝胶的最佳配比为:PVA:SF:n-HA=10:5:1。;IR和XRD分析表明复合水凝胶在物理交联过程中,各种成分均匀复合,无化学键变化;扫描电镜显示该水凝胶材料具有均匀的三维多孔结构。     

聚丙烯酸/氧化石墨烯复合水凝胶摩擦学性能研究

通过自由基聚合制备了聚丙烯酸(PAA)水凝胶。在水凝胶体系中掺入氧化石墨烯(GO),改善其机械强度。用往复摩擦试验机,在面-面接触的条件下考察了在不同载荷、速度、接触面积下,摩擦力和摩擦系数变化。实验结果表明,PAA水凝胶摩擦行为不遵从传统的固体摩擦定律(Amonton’s law)。通过与铜(Ⅱ)离子络合和去络合作用可实现摩擦系数从极低到较高的可逆调节。     

肝素钠/聚乙烯醇复合水凝胶的制备与性能

通过循环冷冻-解冻法,制成了肝素钠/聚乙烯醇(HS/PVA)复合水凝胶材料。 探讨了不同质量分数肝素钠对复合水凝胶材料的可见光透过率、含水率、亲水性、力学性能以及肝素钠释放量的影响。 结果表明,复合水凝胶的可见光透过率为92%以上,溶胀平衡的含水率为72%~78%,亲水性较纯PVA水凝胶有所提升,拉伸强度和断裂伸长率都稍有下降。 细胞粘附实验结果表明,适量的肝素钠的释放可以达到减少细胞粘附的效果。 这种HS/PVA复合水凝胶材料有望用作人工角膜中心区材料。     

聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶研究进展

传统化学交联的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶由于力学性能较弱,其应用范围受到很大限制。与之相比,采用纳米复合技术制备的PAM纳米复合(NC)水凝胶,不仅大幅提高了力学性能,而且在溶胀率等方面也有明显的提高。本文结合该领域近年来的研究进展,将PAM NC水凝胶分为纯物理交联和化学物理交联相结合两类,重点讨论了NC水凝胶在力学性能方面的研究结果,对溶胀率等其它方面的性能也进行了综合论述。     

有机-无机纳米复合水凝胶

本文综述了近年来有机-无机纳米复合水凝胶领域的研究进展。针对无机成分的不同种类及复合形式,本文将目前已见报道的有机-无机纳米复合水凝胶划分为三类,分别为层状硅酸盐纳米插层复合水凝胶、粘土交联纳米复合水凝胶和二氧化硅纳米杂化复合水凝胶。阐述了三类纳米复合水凝胶的发展趋势,特别就它们的合成方法进行了详细归纳与总结。在此基础上,介绍了纳米无机成分对复合水凝胶的性能增强机理,并就三者之间的增强差异进行了说明。     

聚乙二醇化学改性的大豆分离蛋白凝胶

将聚乙二醇单甲醚中的羟基氧化成醛基,然后通过Schiff碱及还原反应将聚乙二醇片段接枝到大豆分离蛋白的分子链上.经过聚乙二醇改性的大豆分离蛋白可以在37℃自发形成凝胶,且随着聚乙二醇接枝率的增加,凝胶时间可以缩短至30 min以内.因此,经过该乙二醇改性的大豆蛋白水凝胶有望成为一种可注射型水凝胶,在生物医药领域具有相当的应用前景.     

丝素蛋白-聚氨酯复合水凝胶的制备及性能研究

以聚乙二醇(PEG)、聚氧化丙烯二醇(PPG)、异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料制备聚氨酯预聚体(PU),与丝素蛋白水溶液(SF)交联制得丝素蛋白-聚氨酯(SF-PU)复合水凝胶.分别利用ATR、SEM对水凝胶组成、结构及微观形貌进行表征;DSC、吸水溶胀测试探讨了丝素蛋白与聚氨酯的质量比(SF/PU)以及聚氨酯中不同软段质量比(PEG/PPG)对SF-PU水凝胶热性能、溶胀性能的影响.结果表明,SF-PU水凝胶具有多孔结构;样品中不同的SF/PU、PEG/PPG均对材料的玻璃化转变温度、结晶度及溶胀性能产生影响,且当水凝胶组分为SF/PU=1/25、PEG/PPG=2/1时,平衡溶胀比(ESR)可达到440%;水凝胶在溶胀初始阶段符合菲克扩散模型,整个溶胀过程遵循溶胀动力学2级方程.     

多孔纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇复合水凝胶的表征

本文通过采用溶盐致孔法,制备了多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶材料。用透射电子显微镜、红外光谱、扫描电子显微镜和图像分析对材料进行了表征。结果表明纳米羟基磷灰石与聚乙烯醇之间有一定键合,并且多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶中大孔呈均匀分布且相互贯通,复合水凝胶的含水率在80％左右。该种多孔复合水凝胶是可用于人工角膜支架,是一种很有开发前景的生物医用材料。     

聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮/碘复合水凝胶的制备与性能

采用低温冷冻的方法,通过改变聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮碘络合物(PVP-I)的配比、冷冻时间、冷冻-解冻循环次数,制备出一种可调控力学性能的PVA/PVP-I复合水凝胶.研究了该复合水凝胶的机械性能、微观结构、碘缓释性能和抑菌性质.研究结果表明, PVA/PVP-I复合水凝胶可调控的力学性质可以满足伤口敷料对水凝胶力学性质的需求;复合水凝胶的网络结构可以有效降低碘在紫外线下的分解速度,实现对碘的稳定保护作用及控制释放,从而发挥水凝胶持续抑菌性能,为抑菌水凝胶的设计制备提供了新思路.     

聚乙烯吡咯烷酮/黏土纳米复合水凝胶的制备及表征

通过原位聚合法, 以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和黏土为原料制备了生物相容性有机-无机纳米复合水凝胶, 通过黏度、透明度、XRD及力学性能等研究了水凝胶体系的性质和微观结构. 结果显示, 单体NVP通过氢键作用吸附于黏土粒子周围, 从而有效阻止黏土颗粒的凝胶化; 通过对聚合过程透明度的变化、凝胶吸水性能以及拉伸力学性能分析发现, 其反应机理与丙烯酰胺类体系不同. 黏土颗粒间网链较短, 导致吸水率和断裂伸长率明显低于聚丙烯酰胺/黏土体系, 但模量和拉伸及压缩强度明显增加; XRD结果显示, 干凝胶中黏土颗粒呈有序排列, 随着黏土含量增加, 黏土粒子间距变小, 而在含水复合凝胶中, 黏土颗粒以剥离态均匀分散; 对于凝胶表面的细胞形态观察初步检验了此类纳米复合凝胶的细胞相容性, 未观察到显著不良影响.     

微凝胶增强两性复合水凝胶的制备与性能

将核壳微凝胶包埋在两性基质中,制备了复合水凝胶(CAH)。 研究发现,利用微凝胶与聚合物链之间的物理缠结作用,可以使复合凝胶具有致密的网络结构,力学性能显著提高;复合凝胶对pH和离子强度敏感,呈现出典型的两性聚电解质凝胶的溶胀行为。 同时微凝胶的存在和特殊的复合结构,可赋予CAH两性凝胶基质所不具有的响应性,并实现在高温下快速响应。     

纳米复合水凝胶在人工软骨中的研究进展

纳米复合水凝胶(nanocomposite hydrogels,NC hydrogels)作为人工软骨修复材料有很大的应用价值和吸引力.由于NC水凝胶具有与天然软骨细胞外基质(extracellular matrix,ECM)相似的结构,以及较好的力学性能、刺激响应性等优势,是软骨修复的理想支架材料.本综述详细介绍了用...     

磁性高强度聚丙烯酰胺/Fe3O4纳米复合水凝胶

以辐射过氧化的表面活性剂胶束为引发中心和交联中心, 制得具有优异机械性能的聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶, 并通过原位化学共沉淀法向其中引入Fe₃O₄粒子, 得到了磁性复合水凝胶. 扫描电子显微镜(SEM)表征发现磁性粒子在凝胶中分布均匀, 其粒径约为30 nm. X射线衍射(XRD)表征证实所引入的纳米粒子为尖晶石型Fe₃O₄. 磁性能测试表明, PAAm/ Fe₃O₄复合水凝胶具有超顺磁性特征. 该复合凝胶具有较优异的机械性能, 其断裂伸长率可以达到1200%, 拉伸强度最大可达0.10 MPa. 另外, 该复合凝胶表现出良好的形变回复特性.     

γ-聚谷氨酸/壳聚糖/纳米银复合水凝胶的制备和表征

为解决创伤修复过程中致病菌引起的感染问题,本研究制备了γ-聚谷氨酸/壳聚糖/纳米银复合水凝胶,对复合材料进行结构性能、物理性能、细胞毒性和抗菌性评价。透射电子显微镜结果表明,材料上合成粒径1~9nm的纳米银粒子;扫描电子显微镜观察到材料呈三维网状结构,傅里叶红外光谱表明,原位合成纳米银的化学反应不影响水凝胶的化学结构;热失重分析表明,材料具有良好的热稳定性且可以通过调整反应物剂量调控纳米银在水凝胶上的负载量;细胞毒性实验和抗感染实验证明复合水凝胶具有良好的细胞相容性和抗菌性。本研究为实现基于纳米银的抗菌性创伤修复材料的应用奠定实验基础。