高性能水凝胶的多重氢键增强与功能性研究

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水凝胶具有良好的生物相容性、高润滑性与较高的环境敏感性,使其在生物医学(软骨或韧带组织)以及人工电子设备有着潜在的应用,而如今随着水凝胶领域的快速发展,如何获得具有多重功能性的高强度水凝胶并拓展其实际应用领域逐渐成为研究热点。本文通过引入具有多个氢键结合位点的功能单体2-乙烯基-4-6-二氨基-1,3,5-三嗪(VDT)到水凝胶体系中,分别制备出了物理双交联的聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸-co-VDT)/Fe3+(P(Am-co-Ac-co-VDT)/Fe3+)水凝胶和多重氢键增强的聚(丙烯酰胺-co-VDT)/单宁酸(P(Am-co-VDT)/TA)水凝胶,并探究了它们的高强度机械性能和多重功能性。P(Am-co-Ac-co-VDT)/Fe3+水凝胶通过氢键和离子配位的协同作用显著增强了其机械性能,拉伸强度约4.34 MPa,断裂伸长率约17.64倍,弹性模量905.7 KPa和显着的韧性(约50.17 MJ/m3)。由于其全物理交联制备,该水凝胶具有优秀的自修复性,自愈合性和pH敏感性,且能通过形成氢键来吸附生物小分子,使该高强度水凝胶具有氢键吸附-释放的功能性,在生物应用传感器方面有着多种应用的潜力。而将该水凝胶浸泡一定浓度的锂离子后,该水凝胶可用作高灵敏的压敏传感器和应变传感器,用于记录手指弯曲时,变化率可达160%,灵敏度较高,在人工皮肤上有着巨大的发展潜力。而通过多氢键增强的P(Am-co-VDT)/TA水凝胶具有良好的刚性,韧性达到6.47 MJ/m3,拉伸强度可达2.34 MPa,断裂伸长率为410%,弹性模量达6.17 MPa,由于该水凝胶通过多氢键交联,具有一定的pH敏感性和快速的形状记忆性,通过改变温度能够控制氢键的形成,使该水凝胶快速定型或者恢复;该水凝胶能与消炎药双氯芬酸钠(DS)结合吸附,且能够在一定条件下释放DS来达到消炎止痛的效果,且有着长效性,在应用医学领域有着良好的发展前景。
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