水凝膠具有廣泛特性包括高含水量、高可形變性、與生物組織的結(jié)構(gòu)相似性以及潛在的功能化等,使其在水下軟機器人、人體可植入設(shè)備、傷口敷料、組織工程和藥物遞送有著廣泛的應(yīng)用,這些應(yīng)用要求水凝膠在干燥和潮濕的環(huán)境下均能牢固粘附在基材表面上。本文通過引入樹枝狀多羥基的天然高分子支鏈淀粉（Amy）到水凝膠體系中,分別制備出了弱強氫鍵協(xié)同交聯(lián)的支鏈淀粉/聚丙烯酰胺/聚乙烯醇（Amy/PAAm/PVA）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠和“軟-硬”氫鍵交聯(lián)支鏈淀粉/聚羥乙基丙烯酰胺（Amy/PHEAA）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠,并探究了它們的高強度機械性能和粘附性能。本文的設(shè)計策略是使用富含羥基的樹枝狀聚合物Amy作為多氫鍵交聯(lián)劑增強全物理交聯(lián)PAAm/PVA水凝膠網(wǎng)絡(luò),不僅實現(xiàn)水凝膠的機械性能提升,同時增強水凝膠網(wǎng)絡(luò)與無孔固體材料間的相互作用達到高的界面粘附性能。Amy/PAAm/PVA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠顯示出高拉伸強度（854.1 kPa）,高斷裂伸長率（約8倍）,高本體韌性(4094.8 kJ m^-3)和優(yōu)良的自修復(fù)性能（在室溫下可恢復(fù)近92%）,并且可以牢固地粘附在無孔玻璃表面上（約158 kPa）。由氫鍵交聯(lián)兩... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）長鏈聚合物網(wǎng)絡(luò)和能量耗散組成強韌水凝膠，通過將長鏈網(wǎng)絡(luò)化學(xué)錨定在固體表面上實現(xiàn)強粘結(jié)

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6聚烯丙胺本身不能形成網(wǎng)絡(luò)，因此只有在聚丙烯胺分子鏈一端與水凝膠網(wǎng)絡(luò)形成酰胺鍵，另一端與組織形成酰胺鍵時才有助于粘附。在分子尺度上，水凝膠與組織表面不光滑，其界面很可能存在間隙。當聚丙烯胺的鏈長小于間隙距離時，粘附性會減弱。Yuk等[38]發(fā)明了一種干雙面膠帶（DST），它是由可生物降解的明膠和N-氫化琥珀酰亞胺酯接枝的聚丙烯酸（PAAc-NHS酯）制成的。在1kPa的壓力下，DST能在5s內(nèi)快速吸收濕組織的水分溶脹，同時，PAAc-NHS酯中的羧酸基團與組織表面形成分子間鍵如氫鍵和靜電相互作用使水凝膠與組織表面物理交聯(lián)形成暫時粘附作用。隨后，PAAc-NHS上的酯基也在幾分鐘內(nèi)與組織表面上的伯胺基團共價交聯(lián)形成永久粘附作用，進一步提高了DST的粘附穩(wěn)定性和粘附強度。在粘附到組織上后，溶脹的DST變?yōu)榫哂许g性的水凝膠薄片，具有高拉伸性（1700%）高含水率（92%），此外DST表現(xiàn)出與組織間超過1000Jm-2的粘合能。但是該水凝膠本身力學(xué)性能很弱只有60kPa，也限制了其應(yīng)用前景。這種粘附方法需要依賴于水凝膠和被粘物的特效官能團才能牢固粘合，當材料和水凝膠網(wǎng)絡(luò)沒有官能團鍵合交聯(lián)時，依然無法實現(xiàn)粘附作用，因此該方法對于被粘物材料的選擇具有局限性。圖1.2組織粘合劑采取干雙面膠帶（DST）的形式。DST的干交聯(lián)機制是通過DST吸收界面的水分進行溶脹，界面處形成臨時交聯(lián)和共價交聯(lián)[38]Figure1.2ThetissueadhesivetakestheformofadryDST.Thedry-crosslinkingmechanismfortheDSTintegratesthedryingofinterfacialwaterbyhydrationandswellingoftheDST,temporarycrosslinking,andcovalentcrosslinking[38]

絡(luò)合相互作用制備了粘性納米導(dǎo)電復(fù)合水凝膠。其中具有兒茶酚基團的PDA與貽貝的粘附蛋白有相似的結(jié)構(gòu)，基于兒茶酚基團與玻璃表面間形成可逆的配位相互作用，復(fù)合水凝膠在玻璃表面上表現(xiàn)出良好的粘附性（9.2kPa）。同時合成的水凝膠也表現(xiàn)出高的自愈合效率（99%）和快速的自修復(fù)能力（2s內(nèi)）。由于水凝膠具有導(dǎo)電性和粘附性，可制備成可穿戴式軟應(yīng)變傳感器，用于實時和準確檢測大范圍和微小范圍內(nèi)的人體運動，比如手指的彎曲和舒展、行走、咀嚼和脈搏。此外軟應(yīng)變傳感器與無線發(fā)射機聯(lián)合，可以實現(xiàn)對人體活動的無線監(jiān)測。圖1.5可穿戴式PVAFSWCNT-PDA水凝膠應(yīng)變傳感器可檢測各種微小的人體動作。（a）由咀嚼引起的微小運動。（b）呼吸引起的微小運動[43]Figure1.5DetectionofvarioustinyhumanmotionsbythewearablePVAFSWCNT-PDAhydrogel-basedstrainsensors.(a)Thetinymovementcausedbychewing.(b)Thetinymovementcausedbybreathing[43]

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3422750