超韧海藻酸基多功能自修复水凝胶的制备及其性能研究

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水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子材料,由于性质柔软、生物相容性好等特点,在智能传感器、药物释放载体、创面敷料和组织填充等领域获得了广泛的应用。其中具有特殊功能的水凝胶如自修复水凝胶,能在被破坏后像人体组织一样自主修复,更是成为了广大科研工作者的研究热点。不过,目前研究人员设计制备的水凝胶还不能很好得到应用,其中最主要的原因是水凝胶的机械性能不够,很容易受到外界的破坏,而且功能比较单一,不能很好的满足实际应用。因此设计一种力学性能好,又具备有应用价值的功能型自修复水凝胶是目前的一个研究难题。海藻酸是一种天然的多糖,具有良好的稳定性、溶解性、粘性和安全性,在食品工业和医药领域都有广泛的应用。其分子链上具有大量的羧基和羟基,针对其独特的分子结构,本论文对海藻酸的钠盐进行氧化,制备了基于氧化海藻酸钠的超韧多功能自修复水凝胶。主要研究内容如下:(1)利用海藻酸钠分子链的特殊结构,我们对海藻酸钠进行氧化,然后在氧化海藻酸钠和丙烯酸的体系中,利用铁离子配位作用,通过一步自由基聚合反应,制备了快速自修复超韧导电水凝胶(OSA-PAA/Fe3+)。SEM图表明OSA-PAA/Fe3+水凝胶具有多孔的网络结构;水凝胶的红外光谱表明,氧化海藻酸钠上的羟基和羧基都参与了铁离子配位。拉伸试验证明,水凝胶具有优异的力学性能,拉伸强度最高可达0.1 MPa,断裂伸长率最高可达1500%。自修复试验表明水凝胶具有快速的自修复能力,在25℃下,水凝胶在6小时内,自修复效率能达90%。导电测试表明铁离子交联的水凝胶具有良好的导电性和应变敏感性,在智能柔性传感器领域有着潜在的应用价值。(2)利用酰胺化反应,在氧化海藻酸钠分子链上接枝多巴胺,以其作为模板,结合丙烯酰胺,通过原位自由基聚合反应,制备了快速自修复的超韧组织粘附性水凝胶。SEM图展示了OSA-DA/PAM水凝胶内部含有大量相互缠绕的微纤维,表明了氧化海藻酸钠长链与聚丙烯酰胺长链的高度缠结;拉伸试验证明,OSA-DA/PAM水凝胶具有优异力学性能,拉伸强度最高可达0.109 MPa,断裂伸长率最高可达2550%。自修复试验表明水凝胶具有快速的自修复性能,在25℃下,水凝胶在6小时内,自修复效率能达80%以上;粘附性实验表明水凝胶对多种有机无机材料都有很高的粘附强度。细胞毒性实验表明水凝胶具有良好的细胞亲和性。动物实验表明OSA-DA/PAM水凝胶可作为伤口敷料促进组织再生和伤口修复。
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