聚合物有序孔凝胶模板制备三维有序二氧化钛材料

以聚合物有序大孔凝胶为模板，结合溶胶/凝胶过程合成了三维有序二氧化钛材料，重点研究了聚合物凝胶组成对无机材料形态的影响，当凝胶网络中不含酸时，得到无机单分散微球有序排列的结构，当聚合物凝胶含有酸时，得到无机有序孔材料，分析了酸在无机物的溶胶/凝胶过程中的催化作用和对产物结构的影响。     

二○○九新技术撷英

2009年．哪些科技新品将展现在人们的眼前呢？水凝胶、气凝胶、汽车热能转换器、低阻力轮胎、高空长航时无人机、压缩空气储能装置等新技术,均有可能在新的一年里叱咤风云。     

氨基酸残基手性对肽基水凝胶性能的影响

肽基水凝胶作为一种可降解、生物相容性良好的生物材料,其氨基酸残基手性对水凝胶性能具有显著影响.一般情况下,在水凝胶骨架中引入D型氨基酸残基会增强水凝胶对蛋白酶水解的抵抗性,以及增强材料在宿主体内的免疫响应.同时,不同残基手性也会对细胞行为,如干细胞分化、骨修复,以及水凝胶的凝血、抗菌和抗肿瘤性能产生明显的影响.本文综述了近年来氨基酸残基手性在影响肽基水凝胶性能方面的研究,针对开环聚合获得的聚肽和缩合方法(包括固相合成)制备的寡肽与多肽等材料,重点阐述了氨基酸残基手性对肽分子及其水凝胶的二级结构、凝胶化性能、降解、免疫响应等性质,以及体外细胞行为、体内组织再生、抗菌性能和抗肿瘤作用等生物医学应用方面的影响.     

新型纳米多孔材料气凝胶

新型纳米多孔材料气凝胶王珏（同济大学波耳固体物理研究所）随着国民经济和国防尖端技术的日益发展，人们对材料性能的要求越来越高，各种新型材料的开发研究越来越引起人们的重视．在无机非金属材料领域，通过溶胶－凝胶过程（ｓｏｌ－ｇｏｌｐｒｏｃｅｓｓ），实现对材...     

两亲性共聚物热致水凝胶

随温度升高发生溶胶-凝胶转变的热致水凝胶是一类重要的可注射的生物医用材料.当其相转变温度处于或高于室温而低于体温时,该类材料可在室温或低温下负载药物或细胞,并在注射入人体后原位形成凝胶,成为药物持续释放的储库或细胞生长的支架.目前,常见的热致凝胶化的聚合物包括聚乙二醇(PEG)/聚多肽嵌段共聚物、聚有机磷腈,以及PEG/聚酯嵌段共聚物等.本综述侧重于复旦大学生物医用材料课题组在PEG/聚酯类可注射性热致水凝胶方面的研究进展,并结合国内外其他课题组的相关研究,介绍了此类材料性能的调控规律、凝胶化机理,以及潜在的医学应用.     

二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶的原位生长及光谱表征

采用溶胶凝胶法和气氛还原热处理工艺在二氧化硅凝胶玻璃基质中原位生长硒化锌纳米晶, 首次获得了均匀、透明、亮黄色的ZnSe-SiO₂凝胶玻璃纳米复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、UV-VIS吸收光谱和Raman光谱对复合材料中的ZnSe纳米粒子进行了光谱表征. 观测到均匀分散在凝胶玻璃中的硒化锌纳米晶XRD衍射峰的宽化、带间吸收边的蓝移及Raman散射光谱的移动和非对称的宽化. 利用实验数据从理论上对凝胶玻璃中ZnSe纳米晶平均粒径的计算, 结果表明X射线衍射、光吸收边蓝移以及Raman光谱的估算结果基本一致, 平均直径为4.6 nm左右, 并对它们之间的偏差进行了分析.     

毛细管凝胶电泳柱的研究

1983年Hjerten将聚丙烯酰胺凝胶引入内径150μm的毛细管中,首次进行毛细管凝胶电泳(CGE)实验,Cohen等于1987年使用更细的毛细管(φ75μm)对CGE进行的研究并把其推上了迅速发展的轨道.凝胶电泳从平板到毛细管,其分离机理没有多大区别,但由于毛细管克服了散热障碍,场强大幅度提高,这样就能在较短的时间内获得高效的分离.经过近几     

自修复水凝胶材料的设计合成及生物医学应用

水凝胶柔软且有弹性,含水量高,其结构、性能与生物组织相似,生物相容性和生物安全性好.因此,被广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等领域,具有非常广阔的应用前景.自修复材料模仿生物体损伤自愈原理,自行发现损伤和裂纹并通过一定机理自修复愈合,是近年来水凝胶领域的研究热点和难点.本文综述了近10年来具有代表性的自修复物理水凝胶和自修复化学水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展,总结了其设计与合成的基本原理和方法,介绍了几种典型的水凝胶自修复机制,阐述了基于静电作用、疏水作用、氢键作用、主客体作用等物理作用,以及基于酰腙键、亚胺键、二硫键等可逆化学键作用的自修复水凝胶的应激自修复原理和特性.在此基础上,分析讨论了自修复水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题,并对本领域的发展趋势进行了展望.     

瞬态水凝胶的研究进展

生命体通过生物化学燃料驱动的分子瞬态组装与解组装来控制重要的细胞功能,例如细胞内肌动蛋白的可逆形成等.受此启发,科学家将非平衡过程引入水凝胶体系中,获得了智能胶体材料-瞬态水凝胶.瞬态水凝胶是人工设计的非平衡态胶体分散体系,由于体系内部的化学反应可自发地转化为溶胶.目前该领域研究的重点主要集中在瞬态凝胶体系的拓展以及空...     

毛细管凝胶电泳中进样条件对进样量和分离的影响

1983年,Hjerten将凝胶引入毛细管中,首次进行了毛细管凝胶电泳(CGE)的研究.至今已使其在分离生物大分子特别是DNA片断时具有其它方法难以达到的效果,其快速、低耗、高效、灵敏的特点已引起生命科学领域的广泛注意.Macek等发现由于低浓度进样时的浓缩效应,长时间的电动进样(25s)并不会使组分区带过分展宽.Paulus等也发现由样品的水溶液进人含7mol/L尿素的凝胶柱中时实际存在着区带锐化效应(或称浓缩效应,等速电泳效应).但文献中均未对这种现象进行详细的研究.本文在自制毛细管凝胶柱上详细考察了进样条件对进样量和区带展宽的影响,为进一步揭示CGE进样机理和规律提供了详实的依据.     

一种由其离子液体制备的新型纤维素水凝胶

纤维素能很好地溶解在AMIMCl这种离子液体中. 将溶解后的纤维素AMIMCl离子液体溶液与水交换后可得到一种透明的纤维素水凝胶(图1). 傅里叶变换红外光谱、元素分析等测试表明, 这种纤维素水凝胶中只含有再生纤维素和水, 而无其他成分. 利用紫外-可见光光度计测量了浓度为15和25 mg/mL的水凝胶在350~700 nm波长范围内的透光率, 两种浓度水凝胶的透光率差别不大, 2 mm厚的水凝胶的透光率在650 nm波长处可达到80%. 本文利用压缩强度来衡量凝胶的力学性能, 分别测试了10, 15, 20 和30 mg/mL纤维素水凝胶的压缩强度, 发现水凝胶的压缩强度随着凝胶的浓度增加而升高, 其中30 mg/mL 的水凝胶在形变为52.5%时其压缩强度可达到0.6 MPa. 本文还研究了凝胶的耐腐蚀性能和耐热性能, 发现纤维素水凝胶有着优异的耐腐蚀性和较好的耐热性. 纤维素水凝胶在腐蚀性溶液中浸泡3 d后, 其压缩强度与未处理的凝胶相比几乎无变化; 经沸水煮过的纤维素水凝胶形状未发生变化, 只是力学强度有一定的损失. 水凝胶经冷冻干燥去除水分后, 用扫描电子显微镜(SEM)观察了干态凝胶的表面和断面形貌. 水凝胶的表面和断面结构差别很大, 水凝胶的表面结构比内部结构致密得多, 凝胶表面由尺寸为20~60 nm的孔组成. 这种价格低廉、无毒、各项物理性能良好的透明纤维素水凝胶有望用于生物组织材料以及纳米级过滤材料.     

聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶的构建及性能

在水溶性大分子聚磷酸酯二丙烯酸酯(PEEP-DA)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)中加入光引发剂I2959,在紫外光照射下交联形成三维水凝胶体系.研究结果表明,与聚乙二醇水凝胶相比,聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶具有更好的生物可降解性.其中, PEEP-DA/PEG-DA比例为5:25的复合水凝胶植入到小鼠体内28 d后基本完全消失.而包裹骨髓间充质干细胞(BMSCs)后,复合水凝胶体系中细胞活性更好;聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶能够显著增强碱性磷酸酶活性,提高钙沉积.本研究提供了一种新的聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶体系,在作为细胞支架方面有一定应用潜力.     

人工肌肉

高分子凝胶具有使化学能直接转换为机械能的特性。作为化学-机械能转换执行元件材料的开发项目,本文介绍了由反复冻结法得到的聚乙烯醇系水凝胶,这种凝胶含有聚合阴离子和聚合阳离子,用它制成的人工肌肉具有可观的机械功率。现在正在寻找一个最佳的制作条件,使其功率重量比与真正骨骼肌肉的功率重量比更接近,但要制成这样的人工肌肉装置,必须解决控制方法、合成技术、提高能量转换效率等一系列的乃至后续的许多课题。     

玩出来的新材料——气凝胶

作为一种诞生于20世纪初的材料,气凝胶本不属于最近发现的"新材料",然而近年来在多个领域的频繁亮相,令公众对这种材料产生了浓厚的兴趣,大呼新奇。与此同时,由于报道角度的不同,这种材料无疑成为了"多面体",给人以扑朔迷离之感。本文旨在以科普的笔调重塑气凝胶的形象,结合气凝胶的历史浅谈对这种材料的认识,以期澄清疑惑,加深理解。     

ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

羟丙基甲基纤维素凝胶模板合成碳酸钙晶体

在羟丙基甲基纤维素(HPMC)水凝胶中合成了碳酸钙晶体. 利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等检测手段对所得的复合碳酸钙进行了形貌与结构表征. 结果表明, 水凝胶中的多羟基基团有利于文石晶体的形成. 而在缺乏多羟基基团的甲基纤维素水凝胶以及不含凝胶的空白体系中并没有文石的产生. 实验中观察到玉米棒状碳酸钙晶体, 进一步研究推断, 此种特殊的晶体形貌与HPMC水凝胶网络中大分子的特殊组合形式有着密切的关系.     

智能液体微型镜头问世

最近，科学家研制出一种新型智能液体微型镜头。尽管这种镜头体积十分微小，但其功能不可小觑。传统的人造光学聚焦系统是通过镜头的物理位移实现的，但随着微型技术的发展，利用复杂的机械方法来调整光学性能显然有点不合时宜了。今天，科学家研制出的智能液体微型镜头，其形状可在睫状肌的作用下自动调节，使得人眼很容易完成对不同距离的聚焦过程。这种液体镜头之所以可以自动调焦，其关键作用的部件就是能够对刺激做出及时响应的水凝胶。水凝胶被集成进一个微流系统并扮演液滴容器的角色，通过水凝胶对刺激的同步感应，进而促进液滴的形状调节而实现焦距的调节。     

表面图案化CuS-P(NIPAM-co-AA)复合微球的制备和表征

采用反相悬浮聚合法合成了丙烯酸(AA)含量不同的N-异丙基丙稀酰胺-丙烯酸共聚物 P(NIPAM-co-AA) 微凝胶, 并以其作为微反应器, 通过外源沉积法制备了一系列微米级、表面具有图案化结构的CuS-P(NIPAM-co-AA)有机-无机复合微球. 复合微球的表面结构与微凝胶的组成和无机物的沉积量有关. 可以预期: 微凝胶的固有优点(大小、组成、电荷性质、电荷密度以及交联程度等可通过改变单体种类和反应条件控制)使微凝胶模板法在表面图案化微球材料制备中有可能获得广泛应用.     

模板法制备水凝胶微粒三维有序结构

以聚合物有序孔为模板, 制备异丙基丙烯酰胺/丙烯酸共聚物凝胶微粒的三维有序排列结构. 重点考察了其pH响应特性, 揭示其在可调光子晶体方面具有潜在的应用. 以有序凝胶为模板通过二氧化钛的溶胶凝胶过程, 制备了单分散二氧化钛微球三维有序排列结构, 并研究了其形成机理.     

气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.