可3D打印透明质酸双网络水凝胶的制备及性能研究

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水凝胶是一种由亲水性的三维聚合物网络及大量水组成的软湿高分子材料。因具有良好的溶胀性、生物相容性、可逆大变形和对各种化学或物理刺激的智能响应能力,广泛应用于多个领域。传统的单网络水凝胶力学性能较差,为了提高水凝胶的机械强度设计了一种基于透明质酸的物理-化学交联双网络水凝胶。合成的水凝胶安全无毒,力学性能良好,具有保水性、生物相容性、细菌屏障作用、药物缓释能力等特点,可作为3D打印材料,应用于伤口敷料和药物传递等领域。具体研究内容如下:(1)通过物理-化学交联的方式合成了透明质酸双网络水凝胶。利用SEM、FT-IR、XRD和XPS对水凝胶的结构进行表征。结果表明,丙烯酰胺(AM)完全聚合成聚丙烯酰胺(PAM),且水凝胶内部存在金属配体的配位作用。水凝胶具有均匀致密的孔道结构,孔径约为10~20μm。此外,合成的水凝胶呈无定形态。(2)通过热重分析、拉伸性能测试和流变性能测试等对水凝胶的性能进行研究。结果表明,水凝胶具有良好的热稳定性、力学性能及剪切稀化特性,而且这些性能受Zn2+影响。水凝胶的耗散机制主要是通过动态的物理交联网络与PAM网络协同作用承担较大应力及变形来实现的。(3)通过含水率、保水率、溶胀性能和p H敏感性等测试对水凝胶的保水性、溶胀能力和环境敏感性进行研究。结果表明,水凝胶具有良好的亲水性,能够吸收自身重量10倍以上的水分,保持水分在30~50 h左右,并且含水率和保水率与Zn2+含量成负相关。水凝胶具有良好的溶胀能力,溶胀过程由扩散和松弛共同控制。此外,水凝胶具有一定的p H敏感性,在碱性环境中,溶胀受到阻碍。(4)以乙酰水杨酸(ASA)为模型药物,评估水凝胶作为药物载体的潜在能力。最后,对包载植物精油的水凝胶进行抑菌性能测试。结果表明,水凝胶对ASA具有一定的缓释能力,药物释放时间控制在120 h左右,药物释放行为属于伪Fickian扩散。水凝胶通过包载植物精油可以提高植物精油对大肠杆菌的抑制作用。同时,由于Zn2+的存在,水凝胶本身也具有一定的抑菌活性。
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