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.     

一种新型可注射性组织工程水凝胶的双组分引发体系细胞毒性的负协同效应

化学交联水凝胶有望成为一类新型可注射性组织工程水凝胶, 但是合适的、低毒性的引发体系是其瓶颈. 为了考察此类化学交联水凝胶的可行性, 本文对过硫酸铵(APS)/四甲基乙二胺(TEMED)氧化还原引发体系的体外细胞毒性进行了初步研究. 首先考察了不同引发剂浓度对大单体自由基聚合反应速率的影响, 以保证所考察的引发体系的剂量足以导致在体温和水环境中迅速凝胶化. 采用MTT定量检测和光学显微镜直接观察的方法研究了引发体系对NIH/3T3细胞的细胞毒性. 发现上述两种化学物质的细胞毒性呈现负协同效应, 即APS/TEMED组在高剂量时的细胞毒性比单独使用APS或TEMED还要低.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于谷氨酸树枝状两亲分子的超分子水凝胶的收缩及其功能化应用

超分子凝胶是基于低分子量凝胶剂分子在溶剂中通过分子间非共价相互作用自组装形成的具有网络骨架结构的半固态、半液态的软物质材料,其易于制备、组装结构多样并具有多重刺激响应性,有望在智能材料等领域得到应用.刺激响应性包括一些物理或化学刺激,如温度、pH、离子强度、磁场、电场、光照、氧化还原、化学及生物物质等,凝胶材料可以在这些刺激下发生诸如凝胶的形态(溶胶-凝胶)、体积(收缩-膨胀)和形状(形状记忆)等的可逆变化.其中,可以发生宏观上的体积相转变的刺激响应性水凝胶尤为引人注目,在药物释放、生物感应、可控微流阀门以及组织修复愈合等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了一种基于谷氨酸树枝状两亲分子的具有体积收缩功能的超分子水凝胶,阐述了该凝胶体系对金属离子、pH、温度和光等刺激信号的响应及其可逆收缩-膨胀机理,并介绍了利用超分子凝胶的收缩特性在混合染料分离、可视化手性识别与检测、手性光学开关和药物释放等领域的应用.     

具有无机/有机核壳结构的窄分散发光微球的合成与表征

纳米晶在光、电、磁、催化等方面都表现出优良的性质, 而复合了纳米晶的单分散无机或有机胶体微球在光子晶体的组装和研究中更展现了突出的优越性, 使含有纳米晶的无机或有机胶体微球的制备成为近来微球合成工作的重点[1,2]. 代表性的工作[2~8]有利用反复静电沉积技术, CdTe纳米晶被复合到二氧化硅或聚苯乙烯微球的表面; 利用溶剂的溶胀或溶胶凝胶法, CdTe纳米晶也被复合到无机或有机胶体微球里. 其中CdTe纳米晶复合的单分散无机/有机胶体微球发光性能稳定, 既可以将单个微球用作标记物, 也可以用以组装成具有有序结构的功能材料, 具有很好的应用前景. 本文中, 我们利用前面工作中制备的尺寸可控的SiO2-CdTe共混微球为模板1)进行乳液聚合, 成功地合成了窄分散的SiO2-CdTe/聚合物核壳微球, 以一种简便易行的方法实现了CdTe纳米晶与聚合物的复合, 并对其形貌和发光性质进行了详细的表征. 这些核壳微球在光子晶体、生物标记和发光高分子材料等方面具有潜在的应用前景.........................     

活性胶体的个体行为与动态自组装

近几年,活性物质的研究引起了科学界的高度兴趣,它们能够依靠不断消耗周围的能量实现自驱动,同时使系统处于热力学非平衡态,例如鱼群、鸟群、细菌菌落以及细胞组成的组织等.在这些群体中,个体成员之间可以通过某些简单的规则进行"通讯",进而呈现出有趣且相对复杂的群体行为.长期以来,细菌被用作模型系统以研究个体行为如何导致群体行为.最近,对能够自主运动和动态自组装的人造胶体颗粒的研究快速发展,并且受到了广泛的关注.这类胶体颗粒又被称为微纳米马达,能够自发运动,并且易于制备和功能化,具有良好的均一性,因而能作为细菌的补充,帮助我们更好地研究活性物质.本文综述了活性胶体领域近几年的主要发展,包括自然界中存在的微生物和人造胶体颗粒.在对细菌的研究进行简要介绍后,重点介绍了人造活性胶体颗粒实验方面的进展.首先介绍了几种主流的人造活性胶体体系,并且着重介绍了其驱动机理;随后概述了这些活性胶体颗粒在动态自组装方面的研究进展.活性胶体颗粒之间可以经由化学物质梯度、静电力相互作用、范德华力以及流体力学相互作用等机制,出现成对组装、团簇、群聚以及其他动态行为;最后对本领域未来的发展进行了讨论和展望.     

3种新形纳米氧化钛阵列体系的模板组装与表征

采用二次阳极氧化工艺制备了高度有序的多孔氧化铝模板, 通过模板法与溶胶-电泳沉积和溶胶-凝胶法结合的模板组装技术, 合成了3种具有高比表面积的纳米TiO₂阵列体系. 采用溶胶-凝胶模板法合成了直径50 nm, 长20 μm, 间距100 nm的棒状TiO₂纳米线阵列体系; 并通过控制模板孔深, 合成了TiO₂纳米点周期性调制薄膜, 薄膜表面的纳米点直径75 nm, 点间距100 nm, 薄膜背面为致密结构; 采用溶胶-电泳模板合成方法制备了形似糖葫芦的TiO₂纳米线阵列体系, 纳米线直径75 nm, 长为20 μm, 每根线都具有周期性的凹凸结构, 形似糖葫芦. 3种纳米阵列体系具有更大的比表面积, 可以预见这种表面调制的阵列体系, 将表现出不同于一般意义的薄膜及纳米点、纳米线的新物性和新效应.     

胶体晶体制备与应用研究进展

不同于由分子、原子或离子所形成的晶体,胶体晶体是由单分散的微米或亚微米胶体颗粒组装形成的二维或三维有序阵列结构.与通常晶体相比,胶体晶体中占据每一个晶格点的是单分散的胶体粒子.由于具有特殊的周期性晶格结构和光学、模板等性能使其在制备三维有序大孔材料、光子晶体和传感器等领域有着重要的应用价值,受到科学界和工业界的广泛重视.本文综述了近几年来在胶体晶体制备和应用领域研究的最新进展,包括单分散胶体颗粒的制备及功能化、不同类型胶体晶体的自组装制备和图案化、以及胶体晶体在构筑晶体结构模型、二维有序微结构、三维有序大孔材料、光子晶体、传感器和仿生材料等领域的应用,并对其未来研究发展的方向进行了展望.     

“叱咤风云”的新技术

2009年，哪些科技新品将展现在人们的眼前呢？高空长航时无人机、压缩空气储藏能量以及水凝胶、气凝胶等新技术，均有可能在这一年里“叱咤风云”。     

DNA水凝胶分子设计、合成与应用

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.     

基于自组装胶体晶体构筑有序微结构

有关胶体晶体自组装以及以胶体晶体为模板制备有序图案化微结构方面的研究, 由于方法简便、结构多样、重复性好等优点, 近年来受到越来越多的关注. 本文系统总结了我们在胶体微球和胶体晶体领域开展的研究工作, 主要包括: 无机或聚合物胶体微球的设计制备、纳米复合及功能化; 结合聚合物材料可溶涨、可拉伸、热形变等特性构筑图案化胶体晶体、非球形对称胶体晶体、非紧密堆积胶体晶体等特殊结构; 以胶体晶体为模板制备三维大孔骨架、纳米环、纳米碗阵列等有序微结构等.     

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。     

聚苯乙烯胶体晶体模板制备高质量的二氧化钛孔型材料

以聚苯乙烯微球胶体晶体为模板, 采用溶胶-凝胶的方法成功地制备出高质量的二氧化钛孔型材料. 通过严格地控制制备过程, 得到的大孔材料在厘米范围表现出一致的颜色. 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)用来表征大孔二氧化钛薄膜的结构和形貌. X射线衍射仪(XRD)用来测定二氧化钛的晶型. 测试结果表明, 在合成的大孔材料中, 孔呈面心立方(FCC)结构的有序排列, 孔径大小均匀, 孔壁由晶粒直径约为12 nm的TiO₂粒子构成, 二氧化钛的晶型为锐钛矿相.     

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。     

复合气凝胶的常压干燥制备及制备条件对其结构的影响

在正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸铜(Cu(NO₃)₂•3H₂O)复合溶胶体系中引入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF), 采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method)和常压干燥工艺, 制备了具有高比表面积的Cu-SiO₂复合气凝胶. 研究了铜负载质量、催化剂浓度及热处理等不同条件对Cu掺杂SiO₂复合气凝胶结构的影响. 结果表明, 气凝胶颗粒呈均匀分布, 其孔径主要分布在2~15 nm之间; Cu含量的增加有利于CuO晶粒的生成以及比表面和孔体积的减小; 催化剂的浓度较高时, 硅氧网络的聚合程度随催化剂浓度的增大而减弱. 高温热处理后复合气凝胶表现出良好的热稳定性.     

浓度对薄凹液层胶体悬浮液干燥花样形成的影响

研究了不同浓度下厚度较薄的凹液层胶体悬浮液干燥过程及花样, 利用照相机实时拍摄不同浓度下胶体悬浮液的干燥过程. 结果表明随着浓度的增加, 最终干燥花样圆环宽度增加, 而数目明显减少; 干燥过程分为5阶段, 其中包含两阶段马兰哥尼对流; 对流能够影响悬浮液内胶体颗粒的自组装和薄膜形貌, 第一阶段对流导致薄膜边缘厚、中心薄, 第二阶段对流伴随接触线的钉轧-滑移运动, 导致多重宽环花样形成.