水凝膠由于其多孔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和與人體組織相似的物理化學(xué)性質(zhì),在組織工程、藥物釋放和傷口敷料等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。高韌性和循環(huán)載荷下穩(wěn)定的機(jī)械性能是水凝膠材料長期應(yīng)用的關(guān)鍵。然而,大多數(shù)現(xiàn)有的韌性水凝膠在有缺口的樣品中拉伸性大大降低,具有顯著的缺口敏感性,而且在連續(xù)的機(jī)械載荷下仍然會遭受疲勞斷裂。因此,如何通過簡單有效的策略設(shè)計兼具高拉伸性、韌性和抗疲勞斷裂能力的水凝膠材料仍存在挑戰(zhàn)。
為了解決以上問題,西安交大成一龍研究員課題組以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸異氰基乙酯-谷氨酰胺(IEM-Gln)和Laponite-XLG納米粘土片為原料,基于IEM-Gln中脲鍵基團(tuán)形成的規(guī)整氫鍵以及聚合物網(wǎng)絡(luò)與納米粘土之間的氫鍵作用,采用一鍋自由基聚合法制備了一種具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的納米復(fù)合水凝膠,可用于促進(jìn)傷口愈合。
圖1. 納米復(fù)合水凝膠的設(shè)計策略。
該納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的缺口不敏感性,即使是有缺口的樣品仍然可以拉伸到原長的12倍。最大斷裂能可達(dá)3250 J/m2,與雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠、關(guān)節(jié)軟骨相當(dāng),兼?zhèn)涓呃煨院晚g性,優(yōu)于現(xiàn)有的大多數(shù)高韌性水凝膠。值得注意的是,水凝膠具有良好的抗疲勞斷裂能力,即使在50次循環(huán)后,也沒有觀察到可測量的裂紋擴(kuò)展。
圖2. 納米復(fù)合水凝膠的韌性和抗疲勞斷裂能力。
基于納米粘土表面的強(qiáng)負(fù)電荷,納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出良好的止血活性,可快速控制小鼠肝臟出血,并大大減少出血量。
圖3. 納米復(fù)合水凝膠的止血性能。
體內(nèi)實驗結(jié)果證明納米復(fù)合水凝膠對小鼠全層皮膚傷口具有良好的治療效果。其高拉伸性可降低傷口組織的皮膚張力,同時良好的凝血能力可實現(xiàn)快速止血,從而起到促進(jìn)傷口愈合的作用。
圖4. 納米復(fù)合水凝膠促進(jìn)小鼠皮膚傷口愈合。
相關(guān)工作以“Highly Stretchable Nanocomposite Hydrogels with Outstanding Antifatigue Fracture Based on Robust Noncovalent Interactions for Wound Healing”為題,發(fā)表于Chemistry of Materials。論文的第一作者為西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究生張夢園,西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院成一龍研究員為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省顱頜面精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究重點(diǎn)實驗室、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計劃”、陜西國際科技合作計劃等項目的支持。論文的表征及測試得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心的大力支持。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c01790
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