基于牛血清白蛋白设计水凝胶与非孔基质间的强韧黏附界面

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水凝胶的黏附一直是研究的重点,特别是水凝胶的强韧黏附。目前水凝胶的黏附中还存在很多问题。牛血清白蛋白(BSA)来源广泛、价格低廉,又拥有丰富的可反应官能团,并能以多种方法制备水凝胶。本文选用BSA作为蛋白质模板,利用BSA中丰富的氨基酸残基和BSA对疏水物质的负载以及双网络水凝胶的能量耗散,在多种非孔表面形成了强韧黏附,并对每一种水凝胶体系的性能进行了系统考察。主要内容如下:(1)通过对基质表面进行硅烷改性以化学接枝上巯基基团(-SH),利用二硫键(-S-S-)的形成与破坏,得到具有强韧黏附和按需剥离的BSA/PAAm双网络水凝胶。水凝胶对多种硅烷改性基质上均有强韧黏附。通过紫外(50 W,365 nm)辐照、谷胱甘肽(GSH)还原或无水氯化亚锡(Sn Cl2)置换以破坏二硫键,能够有效降低水凝胶黏附至可轻松剥离,得到可按需剥离的可控黏附。(2)利用BSA负载二苯甲酮(BP)和“一锅煮”的方法,无需对弹性体进行预处理,即可在其表面原位聚合得到BSA/PAAm双网络水凝胶。水凝胶与弹性体(特别是非极性弹性体)表面存在强韧黏附。经聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装的传感器具有优异的透明性(透光率为70%-90%)、良好的灵敏因子(GF=0.7582)以及出色的稳定性。在PDMS表面生长的水凝胶涂层,能显著降低了其表面摩擦系数。该策略具有很强的创新性。(3)通过BSA和1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)的扩散和化学交联,以共价键、拓扑连接和能量耗散等方式,实现了水凝胶与水凝胶以及水凝胶与生物组织的黏附。BSA胶水黏合水凝胶的最大黏附能为4000 J/m~2,BSA胶水与猪皮组织黏附能为918 J/m~2。BSA胶水可以修复水凝胶、水凝胶传感器;BSA胶水还可以降低超级电容器的界面电阻(Rd)和电荷转移电阻(Rct),提高了超级电容器的性能。
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