温敏性抗菌水凝胶的制备与控释技术研究进展

温敏水凝胶是一类通过感知温度变化使自身发生相变的智能型聚合物凝胶,通过负载抗菌剂或抗菌性单体制备抗菌水凝胶是近年来药物控制释放、组织工程以及生物免疫等领域关注的热点。本文概述了负载抗菌剂型温敏性抗菌水凝胶的物理交联和化学交联制备技术的研究概况,着重阐述了温敏性抗菌水凝胶的孔径调控、制备材料调控、载药模式调控等技术的研究进展,并对温敏性抗菌水凝胶的控释技术应用前景,特别是在生物质材料领域的应用前景进行了展望。     

载银离子PLGA-PEG-PLGA温度敏感水凝胶的制备及体外抗菌性能

利用聚乙二醇(PEG 1000)引发乙交酯和 D,L-丙交酯开环共聚合, 制备了聚丙交酯乙交酯(PLGA)三嵌段共聚物(PLGA-PEG-PLGA)温敏水凝胶材料; 利用核磁共振氢谱( ¹H NMR)确定了产物的结构及组成. 通过还原硝酸银的方法制备银纳米粒子(AgNPs), 并将其与PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水凝胶混合, 制得新型AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶; 对该复合水凝胶的相关性能进行了表征. AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶仍然具有温敏性能, 随着温度升高可发生溶胶-凝胶的相转变; 还可以持续释放银纳米粒子, 从而发挥抗菌性能. 体外细胞实验结果表明, AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶具有良好的生物相容性, 未见明显细胞毒性, 是具有应用前景的新型复合水凝胶.     

温度和pH敏感P(NIPA-co-AA)/粘土复合水凝胶的辐射制备与表征

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)作为温敏性聚合单体,丙烯酸(AA)为pH敏感性单体,有机粘土为改性剂,采用~(60)Co-γ射线为辐射源,辐射合成了P(NIPA-co-AA),粘土复合水凝胶,研究了粘土的加入对水凝胶溶胀率、温度及pH敏感性和压缩性能的影响.结果表明,P(NIPA-co-AA)/粘土复合水凝胶的溶胀性能优于P(NIPA-co-AA)水凝胶,平衡溶胀率(SR)明显提高;且复合水凝胶仍表现出明显的温度和pH敏感性;粘土的加入提高了水凝胶的压缩强度、最大压缩力和压缩屈服力等力学性能,当粘土含量为15%时,P(NIPA-co-AA)/粘土复合水凝胶的压缩强度为P(NIPA-co-AA)共聚水凝胶的2.4倍,最大压缩力为P(NIPA-co-AA)的2.1倍.     

纳米复合水凝胶体系的设计合成与结构功能一体化构筑

纳米复合水凝胶(NC-Gels)因兼具有机相及无机相的优点,且具有独特的结构特征和理化性能,近年来已成为水凝胶领域的研究重点,在智能器件、生物医药、组织工程等领域有着广泛的应用前景.基于有机/无机杂化原理,通过交联点的结构与功能性设计和凝胶网络的可控构筑,获得了一系列力学性能优异并具有多重响应甚至智能化响应的NC-Gels,并提出了以有机微球或功能化杂化微球分别为交联点构建纳米复合水凝胶(OC-Gels)和杂化水凝胶(H-Gels)的新方法,探索了其在生物医学和智能传感领域等的初步应用.     

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。     

石墨烯基水凝胶的研究进展

石墨烯具有独特的导电、导热和力学性能,既能够自组装为电化学性能优良的石墨烯水凝胶,又可以与小分子和聚合物进行复合制备多功能性复合水凝胶,大幅度地拓展了传统水凝胶的应用范围。本文主要分为四部分来综述近些年来石墨烯基水凝胶的研究进展。第一部分简要介绍了石墨烯的研究背景和石墨烯基水凝胶的研究意义。第二部分主要根据石墨烯基水凝胶的组成将其分为石墨烯水凝胶、石墨烯/小分子和石墨烯/聚合物复合水凝胶三类,分别介绍了它们的制备方法、形成机理和凝胶性能。其中,对石墨烯/小分子复合水凝胶的介绍以石墨烯基超分子水凝胶为主,而对石墨烯/聚合物复合水凝胶的介绍以智能型水凝胶为主。第三部分主要介绍了石墨烯基水凝胶在超级电容器、水处理、控释药物、微流体开关、催化剂载体等方面的应用和发展。最后,对该领域所面临的挑战进行了总结和展望。     

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.     

聚丙烯酰胺/玄武岩纤维复合水凝胶的制备及性能

近年来,玄武岩纤维因其高强度、耐高温、优良的耐候性以及良好配伍性等优势,近年来被尝试用于改性PAM水凝胶体系以提升其力学性能。然而,现有改性方法易于受到外界长时间作用力的破坏,从而严重影响水凝胶功能的发挥。为解决这一问题,通过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)与玄武岩纤维(BF)反应,制备含双键修饰的BF(BF-TMSPMA)。将丙烯酰胺(AM)与BF-TMSPMA混合后进行反应,制备BF改性的聚丙烯酰胺复合水凝胶(PAM/BF-TMSPMA)。BF-TMSPMA改性后,复合水凝胶的力学性能得到明显提高。当BF-TMSPMA浓度为1mg·mL^-1时,复合水凝胶拉伸强度为40.1±5.4 kPa,为PAM水凝胶的12.8倍;复合水凝胶断裂伸长率为2700.2%±25.8%,为PAM水凝胶的5.4倍;复合水凝胶杨氏模量为45.8±3.4 kPa,为PAM水凝胶的12.7倍;复合水凝胶韧性为450.4±14.8 kJ·m^-3,为PAM水凝胶的30.6倍。复合水凝胶也具有良好的自修复性能,切断的水凝胶自修复后断裂伸长率达2217.2%...     

基于壳聚糖/聚丙烯酸/纳米银的高强抗菌水凝胶

首先以丙烯酸(AA)和壳聚糖(CS)为单体、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过光聚合法制备了CS/PAA双网络水凝胶,然后将Ag~+以硝酸银的形式分散在水凝胶中并通过紫外光辐照获得CS/PAA/纳米银复合水凝胶,并对复合水凝胶的抗菌性能进行研究。采用红外光谱对其结构进行表征,研究单体含量对水凝胶力学性能以及溶胀行为的影响。结果表明,当丙烯酸质量分数为20%,壳聚糖质量分数为5%的情况下,水凝胶的拉伸性能最优。此外,纳米银的引入有效提高了水凝胶的抗菌性能。     

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.     

羧甲基纤维素基复合水凝胶的研究及应用进展

羧甲基纤维素(CMC)水凝胶是一种具有亲水性的天然三维聚合物材料,具有高吸水性,因此以羧甲基纤维素钠制备的水凝胶安全无毒可生物降解,被广泛应用于医药、食品、农业和环境等领域,作为保鲜材料、抗菌材料、生物传感器、药物输送系统和去除重金属的吸附剂。本文按CMC复合水凝胶材料来源的不同,分类综述了大分子/CMC水凝胶、单体/CMC水凝胶和无机物/CMC水凝胶的研究进展、功能特性以及应用领域,为羧甲基纤维素复合水凝胶的研究提供一定的思路和理论依据。总结此方向研究中不同材料对羧甲基纤维素复合水凝胶性能的提升情况,同时对羧甲基纤维素水凝胶的应用前景进行了展望。     

溶胶-凝胶法原位复合PVA/HA水凝胶的结构表征与性能研究

采用溶胶-凝胶原位复合的方法制备了聚乙烯醇/羟基磷灰石生物活性复合水凝胶,探讨了HA含量对复合水凝胶结构性能的影响,用X射线衍射分析、红外光谱分析、DSC、扫描电镜等方法对HA在PVA水凝胶体系中的晶态结构及分散状态进行了表征,并与物理共混复合法进行了比较.研究发现,采用溶胶-凝胶法原位复合可在PVA水凝胶中形成具有生物活性的HA结晶结构,且分散良好,分布均匀.HA粉体作为异相成核剂,促进了PVA水凝胶基体的结晶,提高了复合水凝胶的力学性能.     

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。     

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。     

芳纶增强MXene-聚丙烯酸-无定型碳酸钙复合水凝胶的制备及性能

传统水凝胶存在机械性能和可加工性差的缺点,本研究制备了芳纶增强MXene-聚丙烯酸-无定型碳酸钙(ANF/MXene-PAA-ACC)复合水凝胶,并研究了其相关力学与物理性能。首先,通过氟化锂和盐酸刻蚀法,结合超声剥离工艺制备了二维MXene单层纳米片,将其应用到PAA-ACC复合水凝胶中。为了提高MXene-PAA-ACC的力学性能,进一步通过加入芳纶,制备了ANF/MXene-PAA-ACC复合水凝胶。采用扫描电镜和万能力学试验机对复合水凝胶的表观形貌、力学性能、自修复和粘附性等物理性能进行了表征和测试。结果表明：与PAA-ACC水凝胶相比,ANF/MXene-PAA-ACC水凝胶的可加工性、力学性能、粘附性、自修复性都得到了提高。     

基于动态建构化学的自愈合水凝胶及其在生物医学领域的应用展望

自愈合水凝胶与传统水凝胶相比,经受力破坏后仍可恢复其结构和功能,具有自我修复损伤的特点,是近年来备受关注的一种智能软材料.动态建构化学概念的引入,极大地促进了多响应性动态自愈合水凝胶的发展.本文综述了近年来基于动态建构化学合成自愈合水凝胶的方法,包括多重氢键作用、疏水相互作用、亚胺键、酰腙键等,并分析探讨了影响凝胶自愈合性能的因素及其在生物医学领域的潜在应用,还对其未来的发展进行了展望.     

基于Pickering乳液的磁性高强水凝胶的制备及性能表征

合成了一种磁性Fe3O4纳米颗粒稳定的水包油(O/W)Pickering乳液并以其作为交联剂,在适宜条件下引发单体丙烯酰胺聚合来制备了一种新型的磁性高强复合水凝胶.采用X射线衍射(XRD)及场发射扫描电子显微镜(SEM)分别对磁性Fe3O4纳米颗粒和复合水凝胶的结构进行了表征,结果表明Pickering乳胶粒子较均匀地分布在复合凝胶网络中.溶胀性能测试及溶胀动力学分析表明复合水凝胶具有良好的溶胀性能,能够吸收自身干重100倍左右的水,其溶胀过程不遵循Fickian扩散模型;拉伸测试表明该水凝胶具有优异的力学性能,其拉伸强度能够达到150 kPa左右,断裂伸长率能够达到300%左右,并且当其承受的应力释放后能快速地恢复到初始形态.磁性能测试的结果显示该水凝胶具有良好的磁性.     

聚N-异丙基丙烯酰胺/类水滑石复合水凝胶的制备及温敏性

以类水滑石(LDHs)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)为原材料,采用自由基引发聚合制得了有机无机PNIPA/LDHs温度敏感复合水凝胶。 通过热重分析仪(TGA)、示差扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)等技术手段表征了材料的结构和性能。 结果表明,PNIPA/LDHs复合水凝胶在33 ℃左右可实现溶胶-凝胶的可逆性变化,LDHs质量分数基本不影响复合水凝胶的胶凝化温度和胶凝时间。 LDHs添加可使PNIPA/LDHs复合水凝胶的热稳定性较NIPA有大幅度提升。 随LDHs质量分数及n(Mg):n(Al)的增加,复合凝胶的吸热峰值稍有增加。 所合成PNIPA/LDHs复合水凝胶表面粗糙不平,具有一定的孔洞结构。     

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。     

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。