本文關(guān)鍵詞：貽貝仿生的強(qiáng)韌自愈合水凝膠的制備與性質(zhì)研究　出處：《長春工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：基于動態(tài)作用的,具有可調(diào)控的力學(xué)行為特性的水凝膠材料,因其具有快速的自主愈合以及自修復(fù)行為,目前已被廣泛應(yīng)用于組織工程和生物工程。因此,近年來,相關(guān)研究日趨成為研究熱點(diǎn)。然而,通常情況下,水凝膠的機(jī)械行為和流變行為等力學(xué)性能同自愈合性能之間存在沖突,往往使得研究者在兩者之間只能選擇其一。因此,開發(fā)具有自愈合特性且力學(xué)行為良好的水凝膠材料成為目前這一研究領(lǐng)域最緊迫最前沿的突破點(diǎn)。水生生物貽貝,依靠其體內(nèi)含有的多巴胺(Dopa)來提供在多種表面上強(qiáng)大的附著能力。在基于貽貝的多巴胺基仿生水凝膠當(dāng)中,由于多巴胺上的酚羥基和Fe3+離子之間存在著強(qiáng)的絡(luò)合作用,因而多巴胺基水凝膠具有優(yōu)異的自愈合能力。然而這類水凝膠由于力學(xué)性能較差而難以在實際中得到應(yīng)用。為了制備強(qiáng)韌的自愈合水凝膠,我們向含有Dopa的水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入了不同的能量耗散機(jī)制,顯著的提高了其力學(xué)性能的同時也保持了Dopa自身的特性,從而實現(xiàn)了水凝膠的功能化。首先,利用Dopa-Fe3+絡(luò)合物與疏水締合作用相協(xié)同,制備了具有快速無痕自愈合特性且具有一定力學(xué)性能的水凝膠。這種水凝膠在破裂后10 min內(nèi)即可完全修復(fù)至初始狀態(tài),且斷裂應(yīng)力和斷裂伸長率分別為30 kPa和2000%。此外,Dopa-Fe3+絡(luò)合物的絡(luò)合計量數(shù)具有pH依賴性,疏水締合作用具有溫度依賴性,這些特點(diǎn)賦予該水凝膠具備pH和溫度的雙重響應(yīng)特性。同時,該水凝膠可以與金屬鋁表面形成氫鍵作用,使得水凝膠和鋁表面之間的粘結(jié)力可達(dá)70 N·m-1。其次,制備了多巴胺基的雜化雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠,以瓊脂為第一網(wǎng)絡(luò),聚丙烯酰胺(PAAm)與Dopa共聚物作為第二網(wǎng)絡(luò)。第一網(wǎng)絡(luò)以瓊脂網(wǎng)絡(luò)之間的氫鍵作為交聯(lián)點(diǎn),第二網(wǎng)絡(luò)以Dopa-Fe3+作為物理交聯(lián)點(diǎn),以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺作為化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)。在應(yīng)力作用時,第一網(wǎng)絡(luò)首先破碎,將能量耗散,而第二網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的可逆交聯(lián)點(diǎn)會發(fā)生破壞-重組的過程,同時化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)會對水凝膠的整體網(wǎng)絡(luò)起到一定的支撐作用。這樣既我們制備的Agar/PAAm-Dopa-Fe3+DN水凝膠可同時具有良好的自愈合性質(zhì)和良好的機(jī)械性能。當(dāng)壓縮形變?yōu)?5%時,壓縮應(yīng)力可達(dá)到2.5 MPa。我們相信對具有自愈合性質(zhì)的水凝膠進(jìn)行增韌,可拓寬水凝膠在生物組織工程的應(yīng)用。
[Abstract]:Hydrogel materials based on dynamic action with controllable mechanical behavior have been widely used in tissue engineering and bioengineering because of their rapid self-healing and self-repair behavior. In recent years, the related research has become a hot topic. However, in general, there is a conflict between mechanical behavior and rheological behavior of hydrogels and self-healing properties. Often, researchers have to choose between the two. The development of hydrogel materials with self-healing properties and good mechanical behavior has become the most urgent and most cutting-edge breakthrough point in this field. It relies on dopamine Dopaa, contained in the body, to provide strong adhesion on a variety of surfaces, in mussel based dopamine-based bionic hydrogels. There is a strong complexation between phenolic hydroxyl groups and Fe3 ions in dopamine. Therefore, dopamine-based hydrogels have excellent self-healing ability. However, these hydrogels are difficult to be applied in practice because of their poor mechanical properties. We introduce different energy dissipation mechanisms into the hydrogel network with Dopa, which can improve the mechanical properties of the hydrogel network and maintain the characteristics of Dopa itself. In order to realize the functionalization of hydrogels. Firstly, the Dopa-Fe3 complex and hydrophobic association were used to coordinate the hydrophobic association. A hydrogel with rapid self-healing and mechanical properties was prepared, which could be completely repaired to the initial state within 10 min after rupture. The breaking stress and elongation at break are 30 kPa and 2000, respectively. In addition, the complexometric number of Dopa-Fe _ 3 complex is pH dependent, and the hydrophobic association is temperature-dependent. These characteristics give the hydrogel a double response to pH and temperature. At the same time, the hydrogel can form a hydrogen bond with the metal aluminum surface. The adhesion between hydrogel and aluminum surface was 70 N 路m ~ (-1). Secondly, dopamine-based hybrid double-network hydrogels were prepared, with Agar as the first network. The first network uses the hydrogen bond between Agar network as the crosslinking point and the second network with Dopa-Fe3 as the physical crosslinking point. When the stress is applied, the first network breaks up first, the energy is dissipated, and the reversible crosslinking point in the second network will be destroyed and recombined. At the same time, the chemical crosslinking point will support the whole network of hydrogel, which is the Agar/PAAm-Dopa-Fe3 that we prepared. DN hydrogels have good self-healing properties and good mechanical properties at the same time. The compression stress can reach 2.5 MPA. We believe that the toughening of hydrogels with self-healing properties can broaden the application of hydrogels in biological tissue engineering.
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O648.17

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6 梁，

本文編號：1392012