水凝膠是一類通過化學(xué)/物理相互作用交聯(lián)形成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的親水性聚合物。由于其獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的吸水性以及生物相容性,水凝膠被廣泛應(yīng)用于生物工程和醫(yī)藥領(lǐng)域。其中,聚乙烯醇(PVA)水凝膠由于具有類似于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。目前普遍認(rèn)為純PVA水凝膠的機(jī)械性能較差,其實(shí)際應(yīng)用仍受到極大限制。針對這一問題,本文以PVA水凝膠為基體,采用有機(jī)硅復(fù)合方法對PVA水凝膠的機(jī)械性能進(jìn)行了改善,并考察了其親水性能和生物相容性,使其發(fā)展為一種具有實(shí)用價(jià)值的生物醫(yī)用材料。一、通過在PVA溶液中原位聚合生成聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體微球(Ms-PDMS),發(fā)展了Ms-PDMS/PVA復(fù)合水凝膠的制備方法,巧妙解決了PVA和PDMS兩種不相容材料之間的均勻復(fù)合問題。結(jié)果表明,Ms-PDMS/PVA復(fù)合水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并且形狀規(guī)則的PDMS微球(5-10μm)能夠均勻分散在PVA水凝膠中未發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象;Ms-PDMS的引入不會對PVA水凝膠的結(jié)晶性產(chǎn)生不良影響;Ms-PDMS/PVA復(fù)合水凝膠在保持高含水量(80%)的同時(shí)其壓縮性能顯著增強(qiáng)(壓縮彈性模量~4.5 MPa)。然而,由于Ms-PDMS與PVA結(jié)構(gòu)之間不存在相互作用,該方法只能改善水凝膠的壓縮性能�？傊�,該方法為兩種不相容材料的復(fù)合問題提供了一種新思路,為改善水凝膠力學(xué)性能設(shè)計(jì)了一種新途徑。二、在Ms-PDMS/PVA復(fù)合水凝膠的研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引入水溶性硅油以增強(qiáng)親水性PVA與疏水性Ms-PDMS之間的相互作用,從而提高其拉伸性能。結(jié)果表明,引入水溶性硅油后的水凝膠仍具有良好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Ms-PDMS能均勻地嵌入水凝膠基體中;復(fù)合水凝膠的拉伸性能較純PVA水凝膠有明顯提升(拉伸強(qiáng)度~0.47 MPa),并且該水凝膠具有良好的親水性能和生物相容性。該工作在第一部分內(nèi)容基礎(chǔ)上顯著提高了PVA水凝膠的拉伸強(qiáng)度,提供了采用“兩親性”分子作為連接劑來改善該復(fù)合水凝膠拉伸性能的研究思路。三、受上述硅油作用啟發(fā),利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)可以水解生成硅烷醇,同時(shí)自發(fā)縮聚形成有機(jī)硅氧烷(含有-OH和-NH_2)的性質(zhì),將KH550水解產(chǎn)物引入PVA水凝膠來提高其機(jī)械性能。結(jié)果表明,該有機(jī)硅復(fù)合水凝膠具有良好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);與PVA水凝膠相比,其拉伸性能提升了12倍,壓縮性能也提升了近5倍。此外,細(xì)胞活力檢測數(shù)據(jù)顯示該水凝膠具有良好的生物相容性�；贙H550水解的有機(jī)硅-聚乙烯醇共聚互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠在保持高水含量(82%)的情況下仍具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性。綜上所述,采用有機(jī)硅復(fù)合方法使PVA水凝膠的機(jī)械性能得到了顯著改善,所制備的Ms-PDMS/PVA復(fù)合水凝膠、Ms-PDMS/PVA/硅油復(fù)合水凝膠和基于KH550水解的有機(jī)硅-聚乙烯醇共聚物互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠同時(shí)具有良好的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)、高水含量以及優(yōu)良的機(jī)械性能和生物相容性。其可以作為生物材料應(yīng)用于生物工程和醫(yī)藥等領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ427.26
【部分圖文】：

第一章 緒論1.1 水凝膠概述1.1.1 水凝膠基本概念水凝膠（hydrogel）是一類具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的親水性聚合物[1]，以水為分散介質(zhì)。由于存在大量的親水基團(tuán)（如-OH，-COOH，-NH2，-SO3H 等），該材料能夠吸收大量水分溶脹；但因?yàn)楣逃械娜S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)骨架，溶脹后的水凝膠能保持固定的形態(tài)而不被水溶解[2,3]。該材料形態(tài)類似于固體，性質(zhì)類似于液體；從宏觀角度看，給水凝膠施加一定壓力后它會產(chǎn)生形變，當(dāng)壓力消失后它又會恢復(fù)至原來的形狀，所以它具有類似固體的粘彈性；從微觀角度看，水溶性小分子可以在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自由運(yùn)動，并且擴(kuò)散系數(shù)與在水中相當(dāng)，所以水凝膠具有類似液體的傳輸性。1.1.2 水凝膠的分類

圖 1.2 理想生物組織替代物的特征[27]Jung 等人[28]以蠶絲蛋白（SF）和聚乙烯醇（PVA）為原材料，采用鹽浸法、循環(huán)凍融法和硅膠成型法制備了不同比例的 PVA/SF 復(fù)合水凝膠。并對該水凝膠進(jìn)行了一系列表征：溶脹率、拉伸強(qiáng)度、孔徑尺寸、熱學(xué)性能、形貌和化學(xué)性能。細(xì)胞存活率測試結(jié)果表明，P50/S50 復(fù)合水凝膠是一系列水凝膠中性能最為優(yōu)異的水凝膠。所以最后將 3D 耳形狀的 P50/S50 復(fù)合水凝膠植入大鼠皮下六周后，發(fā)現(xiàn)形成一個(gè)完整的 3D 耳形軟骨。通過組織學(xué)分析，可以在體外觀察到具有明顯腔隙結(jié)構(gòu)的耳蝸軟骨。1.1.3.3 藥物載體生物體內(nèi)不同組織或器官具有不同的 PH 值和溫度，所以 PH 響應(yīng)型/溫敏性水凝膠常被用作藥物載體，以確保藥物能夠及時(shí)地運(yùn)送到所需部位。由于部分藥物在運(yùn)送過程中可能會對生物組織產(chǎn)生較嚴(yán)重的損傷，并且運(yùn)送路徑中的特定酶可能會將藥物的特定成分水解掉從而影響藥效，在這些情況下，水凝膠被作為“vehicles”來運(yùn)送藥物到達(dá)特定地點(diǎn)。Liang-changDong 等人[29]制備出一種既可以

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 高強(qiáng)度有機(jī)硅復(fù)合聚乙烯醇水凝膠的制備及性能研究1.1.3.4 智能傳感響應(yīng)型水凝膠由于受到外界刺激后體積或形態(tài)會表現(xiàn)出相應(yīng)的變化，科研工作者利用水凝膠的這一特點(diǎn)將其運(yùn)用在智能傳感領(lǐng)域。如 Yanlong Tai 等人[30]報(bào)道了一種基于單壁碳納米管（SWCNT）/海藻酸鹽水凝膠微球的高靈敏度、低成本的可穿戴壓力傳感器。并且通過一系列測試證實(shí)了該傳感器的價(jià)值，例如監(jiān)測手腕脈搏、檢測喉嚨處肌肉運(yùn)動以及使用陣列傳感器識別外部壓力的受力部位和分布情況。Lei等人[31]以生物響應(yīng)型水凝膠作為原材料制備了一種新型的機(jī)械適應(yīng)性離子皮膚傳感器。由于其獨(dú)特的粘彈性，這種基于水凝膠的電容式傳感器具有順應(yīng)性和自愈性，并能感知微小的壓力變化（如：手指輕輕觸碰、人體運(yùn)動，甚至是小水滴的重量）。它不僅可能在人工智能、人機(jī)交互、個(gè)人健康、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力，還可能推動下一代機(jī)械適配類電子皮膚智能設(shè)備的發(fā)展1.1.3.5 其他領(lǐng)域
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭凱;;基于PDMS的支吊架校核系統(tǒng)介紹[J];海洋工程裝備與技術(shù);2016年04期

2 李鑫;王博;秦永泉;楊浩;;核燃料循環(huán)后端項(xiàng)目PDMS三維設(shè)計(jì)管道等級命名規(guī)則研究[J];廣東化工;2017年05期

3 王黎;;談火力發(fā)電廠三維設(shè)計(jì)PDMS應(yīng)用[J];工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2017年07期

4 邱剛;;PDMS軟件在發(fā)電工程熱機(jī)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2017年18期

5 邢偉;陳嘉;;PDMS項(xiàng)目的自動化創(chuàng)建[J];山東化工;2017年17期

6 馮振偉;劉旭玲;李松晶;;新型PDMS電磁微閥動態(tài)特性仿真研究[J];液壓與氣動;2017年10期

7 黃燕華;;PDMS三維設(shè)計(jì)之設(shè)備[J];紅水河;2015年06期

8 徐揚(yáng);;PDMS在化工管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];化工管理;2016年02期

9 張華杰;徐明宇;;PDMS在田灣項(xiàng)目中的應(yīng)用[J];機(jī)械工程師;2015年02期

10 孫迎迎;劉喜軍;婁春華;;PDMS乳膠粒子的制備及其再分散性研究[J];齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孟彥成;PDMS薄膜基柔性微納結(jié)構(gòu)的制備及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 賈小永;基于配位鍵的自修復(fù)PDMS高分子材料[D];南京大學(xué);2016年

3 張永泉;CNT/PDMS柔性傳感材料性能及其結(jié)構(gòu)裂縫感知特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

4 莊奧運(yùn);基于氣溶膠輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備耐磨EP/PDMS超疏水涂層及其防覆冰性能研究[D];重慶大學(xué);2018年

5 韓雪;膜/基系統(tǒng)的可控表面防皺及表面起皺研究[D];天津大學(xué);2017年

6 謝慶宜;海洋靜態(tài)防污材料的制備與性能研究[D];華南理工大學(xué);2018年

7 王明;聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控芯片研究[D];中國科學(xué)院研究生院（電子學(xué)研究所）;2003年

8 白躍華;PDMS/PS中空纖維復(fù)合膜回收催化裂化干氣中氫氣的實(shí)驗(yàn)與理論研究[D];天津大學(xué);2005年

9 賈麗亞;聚二甲基硅氧烷/二氧化硅復(fù)合網(wǎng)絡(luò)及環(huán)氧樹脂/聚二甲基硅氧烷互穿網(wǎng)絡(luò)的研究[D];北京化工大學(xué);2007年

10 石爾;硅橡膠（PDMS）復(fù)合膜結(jié)構(gòu)及滲透蒸發(fā)應(yīng)用研究[D];四川大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王學(xué)鋒;PDMS表面仿生微圖案化構(gòu)筑對Cal-27和Hela細(xì)胞粘附的影響研究[D];蘭州大學(xué);2019年

2 王海寧;高強(qiáng)度有機(jī)硅復(fù)合聚乙烯醇水凝膠的制備及性能研究[D];蘭州大學(xué);2019年

3 楊幸;PDMS改性苯乙烯三嵌段聚合物膜的制備及其在CH_4/N_2分離中的應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2019年

4 周舟;銀納米線核殼結(jié)構(gòu)及其聚合物介電材料的制備及性能研究[D];浙江大學(xué);2019年

5 張婷;基于Al/PDMS的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對腫瘤細(xì)胞形態(tài)的影響[D];蘭州大學(xué);2017年

6 王明超;PDMS表面上蒸發(fā)液滴誘導(dǎo)的微顆粒沉積實(shí)驗(yàn)研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2018年

7 王祥;石墨烯/PDMS混合基膜制備及其滲透汽化性能研究[D];北京化工大學(xué);2018年

8 林新琦;含氟硅聚芳醚樹脂的合成及表面結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑[D];吉林大學(xué);2018年

9 劉振文;PDMS微流控芯片注塑成型研究[D];北京化工大學(xué);2018年

10 魏向東;基于PDMS微結(jié)構(gòu)調(diào)控構(gòu)筑的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料及其應(yīng)變敏感性能研究[D];鄭州大學(xué);2018年

本文編號：2868052