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天津大学研制成功新型超分子聚合物水凝胶,有望用作软湿结构生物材料替代物
金陵 2015-12-20
导语

一种具有高强度、稳定性以及热塑性和可自修复的新型超分子聚合物水凝胶被成功制备出来,其强度达到人体软骨的4倍,在水含量高达70%—80%的情况下,拉伸和压缩强度都能达到兆帕级别,并具有抗撕裂性,在酸性、碱性环境下均能保持非常良好的稳定性,有望用作软湿结构生物材料替代物。

一种具有高强度、稳定性以及热塑性和可自修复的新型超分子聚合物水凝胶被成功制备出来,其强度达到人体软骨的4倍,在水含量高达70%—80%的情况下,拉伸和压缩强度都能达到兆帕级别,并具有抗撕裂性,在酸性、碱性环境下均能保持非常良好的稳定性,有望用作软湿结构生物材料替代物。

水凝胶作为一种软湿材料,它是以水为分散介质,具有亲水性而又不溶于水,且能够吸收大量水分(通常含水量大于总质量的50%),具有交联结构的高分子聚合物。水凝胶具有良好的水渗透性和生物相容性,作为人体植入物可以减少不良反应,因而水凝胶作为优良的生物医用材料得到了广泛的应用。但其高含水量导致较差的机械性能和稳定性限制了凝胶作为承受载荷的软组织替代的应用,因此制备高强度的超分子聚合物水凝胶目前依然存在很大的挑战。

日前,天津大学材料学院刘文广教授课题组关于一种具有高强度、稳定性以及热塑性和可自修复的新型超分子聚合物水凝胶“ A Mechanically Strong, Highly Stable, Thermoplastic, and Self-Healable Supramolecular Polymer Hydrogel ”在材料领域著名期刊Advanced Materials(IF=17.493)上发表见刊。 


刘文广教授指导硕士生戴西洋和博士生张银宇将氨基酸的氢键作用引入到聚合物的侧链中,在不存在任何化学交联键的情况下,侧链的双氢键的协同作用极大地增强了超分子水凝胶的机械强度,在水含量高达70—80%的情况下,其拉伸和压缩强度都能达到兆帕级别,并且具有抗撕裂性,在各种酸碱溶剂中能够保持非常良好的稳定性。由于这种双氢键作用能够在较高温度下实现破坏和重组,水凝胶具有热塑性和自修复功能。这种力学达兆帕级别的自修复的超分子聚合物水凝胶在以前鲜有报道,而热塑性使得凝胶具有良好的加工性和可重复利用性,废弃的凝胶小碎块加热后可完好塑型,成为“终结者”(Terminator)凝胶,此特性减少了对坏境的负担。此外,细胞实验和初步动物实验结果表明该凝胶具有良好的生物相容性,有望用作软湿生物材料。  

实验结果显示,这一新型超分子水凝胶还具有热塑性和自修复功能。经过加热后,它可以像橡皮泥一样变形、重组、塑形,反复利用。这种力学达兆帕级别的自修复的超分子聚合物水凝胶在以前鲜有报道。

文章链接:

A Mechanically Strong, Highly Stable, Thermoplastic, and Self-Healable Supramolecular Polymer Hydrogel


文广教授简介:

天津大学材料科学与工程学院高分子材料系副主任,教授,博士生导师

Emailwgliu@tju.edu.cn

个人主页http://mse.tju.edu.cn/teacher_detail.php?id=41&block=d2

主要研究领域

软湿生物材料、非病毒转基因载体和药物释放载体、软组织工程、功能高分子材料

研究经历:

1999.7至今 天津大学材料学院高分子系 教师
2003.7-2004.1 香港大学医学院骨科系访问学者
2004.3-2004.11 香港理工大学Research Associate
2005.3-2006.12加拿大渥太华大学医学院 博士后研究员

主要学术成就:

主要从事组织工程和非病毒转基因载体的研究,首次构建了基于人重组胶原的角膜替代物,有望解决角膜供体奇缺的难题;在壳聚糖基载体、非离子转基因载体、刺激敏感载体、生物相容性良好的量子点基载体方面取得了富有特色的成果。系统研究了壳聚糖载体对DNA的缩合作用,考察了DNA的构象变化和复合物的拓扑结构变化,提出壳聚糖与DNA的强静电相互作用是限制基因表达的重要因素,由此构建疏水改性的高效壳聚糖衍生物转基因载体;创建了可调控基因包装和解包装的温度敏感转基因载体,创新性地构建了基于与DNA碱基对形成氢键的分子识别转基因载体,并系统研究了DNA缩合的本质,拓展了非病毒载体的设计思路。构筑了可胞内氧化还原降级的高效低毒非病毒载体,揭示了高分子支化结构对于复合物结构和胞内缓冲的影响规律。设计了低毒可原位成像的ZnO量子点和纳米金刚石基非病毒转基因载体,拓展了ZnO量子点和纳米金刚石的应用范围。近年来在Advanced Materials,Biomaterials,Advanced Functional Materials, Biomacromolecules,J Controlled Release,Bioconjugate Chemistry, J Mater Chemistry, Soft Matter等国际著名材料类期刊发表50余篇论文,他人正面引文和评述700余次,其中关于非病毒载体的论文单篇他人引文100多次。申请中国发明专利8项,授权7项,获天津市自然科学一等奖一项(排名第二),2006年入选教育部新世纪优秀人才计划。

(本文整理自天津大学网站http://www.tju.edu.cn

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作者 金陵

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北京大学

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  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科
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