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【前沿技术】力学性能优异的各向异性复合水凝胶

2020-06-28 05:41:19博名知识网
韩国成均馆大学的研究人员研制出一种复合水凝胶,具有优异的力学性能。人体的肌腱和韧带是传递和控制力的组织,要模拟肌腱或韧带,必须同时具有优异力学性能和各向异性的结构。水凝胶因具有良好的生物兼容性而成为最具代表性的生物材料之一,但大多数水凝胶的强度非常低,难以用于人工肌腱或韧带。研究人员将高长径比的介孔二氧化

  韩国成均馆大学的研究人员研制出一种复合水凝胶,具有优异的力学性能。

  人体的肌腱和韧带是传递和控制力的组织,要模拟肌腱或韧带,必须同时具有优异力学性能和各向异性的结构。水凝胶因具有良好的生物兼容性而成为最具代表性的生物材料之一,但大多数水凝胶的强度非常低,难以用于人工肌腱或韧带。研究人员将高长径比的介孔二氧化硅微棒(SBA-15)加入海藻酸钠-聚丙烯酰胺(Alg/PAM)DN水凝胶中,通过沿一个方向拉伸和干燥以重塑内部聚合物网络,形成各向异性的Alg/PAM/S15水凝胶。研究发现:拉伸过程使原来随机嵌入(Alg/PAM)DN水凝胶中的SBA-15沿拉伸方向有序排列,同时Alg/PAM聚合物链中的Ba2+、Al3+或Fe3+等发生离子交联;拉伸程度、SBA-15的含量、聚合物链上的官能团以及交联阳离子的类型会影响水凝胶的力学性能。实验结果表明:当SBA-15的质量分数为1%时,Alg/PAM/S15水凝胶的模量、强度、拉伸性、韧性分别是(Alg/PAM)DN水凝胶的2.6、4、2.2和4.9倍,这主要归因于SBA-15表面的羟基与Alg/PAM聚合物链的不同官能团(羧基、胺和硫醇基团)之间的相互作用。

  图 复合水凝胶结构

  这项研究为制备力学性能优异的各向异性水凝胶提供了新方法,将促进人工肌腱或韧带等新型生物材料的研发。

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